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光敏樹(shù)脂液位檢測(cè)與控制

 從立體光固化成型技術(shù)的原理可知光敏樹(shù)脂液位的穩(wěn)定性是保證其成型精度的重要指標(biāo). 在模型打印過(guò)程, 如果光敏樹(shù)脂液位變化沒(méi)有得到及時(shí)檢測(cè)與控制, 將會(huì)造成模型的形狀誤差. 研究表明,若液位過(guò)低, 固化層厚將小于設(shè)定液位層厚, 引起模型的形狀誤差, 發(fā)生模型過(guò)固化. 如果固化層厚大于設(shè)定液位層厚, 會(huì)導(dǎo)致固化不完全, 層間粘黏力小,模型易被剝離. 因此, 液位的穩(wěn)定性對(duì)于加工順利起關(guān)鍵性作用, 必須對(duì)液位的高度進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)和控制.

 光敏樹(shù)脂液位檢測(cè)與控制采用激光三角法非接觸式激光距離檢測(cè)技術(shù), 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(shù)利用直射式檢測(cè)樹(shù)脂液面高度,Farnsworth 設(shè)計(jì)了一種直射式液面深度精確控制的方法和裝置, 由計(jì)算機(jī)控制激光測(cè)距儀系統(tǒng)直射入液面, 實(shí)現(xiàn)立體光固化液位閉環(huán)控制. 直射式檢測(cè)方法容易受到外界光照干擾, 而且本身發(fā)射的激光因?yàn)樯⑸湓? 只有部分光經(jīng)反射接收, 測(cè)量精度不高, 斜射式檢測(cè)方法能有效解決這一問(wèn)題.

 1993 年美國(guó)3D Systems 公司提出立體光固化成型技術(shù), 采用斜射式檢測(cè)樹(shù)脂液面高度, 設(shè)計(jì)了一種用于檢測(cè)和控制光敏樹(shù)脂液位的方法和儀器, 液位的檢測(cè)采用激光非接觸發(fā)射檢測(cè)法, 目前立體光固化成型技術(shù)的液位檢測(cè)基本采取這種方法. 該方法的裝置由半導(dǎo)體激光器、位置敏感探測(cè)器(Position sensitive detectors, PSD)、A/D 轉(zhuǎn)換器、機(jī)械裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成. 液位的高度通過(guò)激光光斑的位置來(lái)獲得的, 即激光以一固定角度入射, 經(jīng)發(fā)射的光到投影屏上, 通過(guò)控制反射光的高度達(dá)到控制液面的高度, 通過(guò)PSD 探測(cè)液位高度, 調(diào)整好光路后, 我們就根據(jù)液位控制目標(biāo)的要求確定一合理的閾值. 立體光固化成型技術(shù), 要求能檢測(cè)出液位0.05mm 左右的變化, PSD 的位置分辨率可達(dá)到6微米.

 在立體光固化成型過(guò)程, 液態(tài)光敏樹(shù)脂固化成型后, 將會(huì)發(fā)生體積收縮, 引起液位變化, 當(dāng)PSD檢測(cè)到液位波動(dòng)超出閾值范圍內(nèi)時(shí)，需要對(duì)液位進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制. 目前, 立體光固化成型設(shè)備液位控制方法最主要方式有三種: 溢流式、容積調(diào)節(jié)式和液槽升降式. 1993 年索尼公司申請(qǐng)了立體光固化樹(shù)脂溢流式液位控制系統(tǒng), 該系統(tǒng)包括一個(gè)主液槽和補(bǔ)充罐, 溢流式控制法通過(guò)主液槽和補(bǔ)充槽內(nèi)的液體相互流動(dòng), 補(bǔ)充槽向主液槽內(nèi)添加光敏樹(shù)脂, 使主液槽內(nèi)的樹(shù)脂達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡, 這是一種簡(jiǎn)單可靠的開(kāi)環(huán)設(shè)計(jì)方式. 但是, 當(dāng)光敏樹(shù)脂粘度和表面張力發(fā)生變化時(shí), 上述設(shè)計(jì)難以滿足液位穩(wěn)定控制要求.Almquist 等設(shè)計(jì)了一種容積調(diào)節(jié)式液位控制方法和裝置, 裝置包括: 一個(gè)主液槽和一個(gè)與其相連的浮筒, 通過(guò)浮筒的上下運(yùn)動(dòng)改變主液槽內(nèi)的容積從而調(diào)節(jié)液位, 達(dá)到控制目的. 浮筒運(yùn)動(dòng)由液位檢測(cè)信號(hào)和設(shè)定值比較確定, 該方式為閉環(huán)控制, 缺點(diǎn)是響應(yīng)速度慢, 并且當(dāng)浮筒體積不夠時(shí)無(wú)法有效補(bǔ)充樹(shù)脂. 美國(guó)3D Systems 公司的SLA 250 型號(hào)即采用這種方式控制液位[60]. 3D Systems公司于2005年設(shè)計(jì)了一種液槽升降式液位控制系統(tǒng), 該系統(tǒng)是3D Systems公司目前使用的液位控制系統(tǒng), 通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制液槽的升降來(lái)調(diào)節(jié)液位高度, 控制方式速度快, 但總體成本達(dá)到幾十萬(wàn)至上百萬(wàn)人民幣, 需要穩(wěn)定性很好的升降驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

未完待續(xù)；