【摘 要】
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面曝光3D光固化打印技术采用切片逐层固化成型方式,具有打印精度高和打印速度快等优点,广泛应用于高精度复杂结构试样的制备。面曝光3D打印过程的模拟仿真与精度研究一直是人们所关注的重点。在面曝光3D打印成形的仿真模型中,存在逐层曝光、多物理场耦合、约束载荷实时更新迭代等众多影响因素,同时打印材料的差异也会引起打印过程新现象的出现。目前在面曝光打印成形仿真模拟时,研究人员对几何模型的处理、载荷条件、反应
【基金项目】
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“纳米纤维素/PEGDA可调控泊松比三维生物支架设计与光固化成形机理”（资助编号:51875214）
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面曝光3D光固化打印技术采用切片逐层固化成型方式,具有打印精度高和打印速度快等优点,广泛应用于高精度复杂结构试样的制备。面曝光3D打印过程的模拟仿真与精度研究一直是人们所关注的重点。在面曝光3D打印成形的仿真模型中,存在逐层曝光、多物理场耦合、约束载荷实时更新迭代等众多影响因素,同时打印材料的差异也会引起打印过程新现象的出现。目前在面曝光打印成形仿真模拟时,研究人员对几何模型的处理、载荷条件、反应物理场的简化等都较为简单。本课题通过建立新型面曝光3D打印成形过程的多物理场仿真模型,预测纳米纤维素（CNFs）/聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）复合材料体系的面曝光打印成形状况,并对材料的面曝光打印成形精度进行研究。本文主要工作包含:（1）提出一种新型CNFs/PEGDA面曝光固化成形过程仿真模型。将面曝光涉及到的多种物理场进行耦合,并通过设置多种控制函数对面曝光固化过程进行更加真实的模拟,通过实验验证了仿真模型的有效性。（2）通过仿真与实验发现在CNFs/PEGDA面曝光固化成形的制造因素中,随着层固化时间和固化层厚依次增大,固化试样在水平径向方向和高度方向的收缩变形值都呈现依次变大的趋势;而随着层等待时间的增大,收缩变形值则逐渐变小。同时发现在材料面曝光固化成形过程中,收缩变形主要发生在水平径向方向。（3）利用提出的面曝光固化成形过程仿真模型,对材料组分影响进行研究。发现随着PEGDA含量的依次增大,试样在水平半径方向和高度方向的收缩变形值逐渐减小;随着CNFs含量的依次增大,试样水平半径方向和高度方向变形收缩值会略微增大,原因在于CNFs的增加影响了光敏溶液的粘度,会影响打印质量。（4）提出“仿真-正交-补偿”的方法提高打印成形精度。以最佳材料配比体系0.50wt%CNFs+45%PEGDA为研究对象,根据制造因素影响规律通过设计正交试验获得最佳工艺参数为:层固化时间24 s,层等待时间5 s,固化层厚350μm。根据材料体系收缩变形的形式,提出基于补偿因子的补偿模型。经过精度补偿后的水平R向收缩率由原来的1.74%变为0.56%,提高了试样的打印精度。
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