光敏樹脂液位檢測與控制
從立體光固化成型技術的原理可知光敏樹脂液位的穩定性是保證其成型精度的重要指標. 在模型打印過程, 如果光敏樹脂液位變化沒有得到及時檢測與控制, 將會造成模型的形狀誤差. 研究表明,若液位過低, 固化層厚將小于設定液位層厚, 引起模型的形狀誤差, 發生模型過固化. 如果固化層厚大于設定液位層厚, 會導致固化不完全, 層間粘黏力小,模型易被剝離. 因此, 液位的穩定性對于加工順利起關鍵性作用, 必須對液位的高度進行嚴格的檢測和控制.
光敏樹脂液位檢測與控制采用激光三角法非接觸式激光距離檢測技術, 激光三角法按照光線入射方式又可以分為直射式和斜射式. 立體
光固化成型技術利用直射式檢測樹脂液面高度,Farnsworth 設計了一種直射式液面深度精確控制的方法和裝置, 由計算機控制激光測距儀系統直射入液面, 實現立體光固化液位閉環控制. 直射式檢測方法容易受到外界光照干擾, 而且本身發射的激光因為散射原因, 只有部分光經反射接收, 測量精度不高, 斜射式檢測方法能有效解決這一問題.
1993 年美國3D Systems 公司提出立體光固化成型技術, 采用斜射式檢測樹脂液面高度, 設計了一種用于檢測和控制光敏樹脂液位的方法和儀器, 液位的檢測采用激光非接觸發射檢測法, 目前立體光固化成型技術的液位檢測基本采取這種方法. 該方法的裝置由半導體激光器、位置敏感探測器(Position sensitive detectors, PSD)、A/D 轉換器、機械裝置和計算機控制系統等組成. 液位的高度通過激光光斑的位置來獲得的, 即激光以一固定角度入射, 經發射的光到投影屏上, 通過控制反射光的高度達到控制液面的高度, 通過PSD 探測液位高度, 調整好光路后, 我們就根據液位控制目標的要求確定一合理的閾值. 立體光固化成型技術, 要求能檢測出液位0.05mm 左右的變化, PSD 的位置分辨率可達到6微米.
在立體光固化成型過程, 液態光敏樹脂固化成型后, 將會發生體積收縮, 引起液位變化, 當PSD檢測到液位波動超出閾值范圍內時，需要對液位進行調節和控制. 目前, 立體光固化成型設備液位控制方法最主要方式有三種: 溢流式、容積調節式和液槽升降式. 1993 年索尼公司申請了立體光固化樹脂溢流式液位控制系統, 該系統包括一個主液槽和補充罐, 溢流式控制法通過主液槽和補充槽內的液體相互流動, 補充槽向主液槽內添加光敏樹脂, 使主液槽內的樹脂達到動態平衡, 這是一種簡單可靠的開環設計方式. 但是, 當光敏樹脂粘度和表面張力發生變化時, 上述設計難以滿足液位穩定控制要求.Almquist 等設計了一種容積調節式液位控制方法和裝置, 裝置包括: 一個主液槽和一個與其相連的浮筒, 通過浮筒的上下運動改變主液槽內的容積從而調節液位, 達到控制目的. 浮筒運動由液位檢測信號和設定值比較確定, 該方式為閉環控制, 缺點是響應速度慢, 并且當浮筒體積不夠時無法有效補充樹脂. 美國3D Systems 公司的SLA 250 型號即采用這種方式控制液位[60]. 3D Systems公司于2005年設計了一種液槽升降式液位控制系統, 該系統是3D Systems公司目前使用的液位控制系統, 通過驅動電機控制液槽的升降來調節液位高度, 控制方式速度快, 但總體成本達到幾十萬至上百萬人民幣, 需要穩定性很好的升降驅動系統。
未完待續；
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