基于约束液面成型的分离力分析与预测

潘鹏鹏 张承瑞 李仕浩 王 鹏

（山东大学 机械工程学院 济南250061）

近年来，面成型3D打印在商业中得到广泛应用，其通过光源、图像发生器和切片数据对液态树脂进行选择性固化，层层堆叠累积来获得不同特征的三维实体[1]。根据光源及图像的投影固化方式的区别，目前可分为自上而下的自由液面成型[2]和自下而上的约束液面成型方式[3]。在实际应用中，约束液面成型在实际应用中更为广泛，这得益于其更好的成型表面质量和加工效率。但约束液面成型工艺中固化层和树脂盘的分离需要克服很大的粘结力，这使得成型过程的可靠性降低。为减小分离过程所需的力，许多学者在增加曝光时间使层与层之间结合强度增加的同时，寻找合适的涂层材料涂覆在树脂盘表面以减小分离过程所需的力[4]。日本公司Denken Co.在其开发的DLP约束液面成型机[5]中使用特氟龙作为涂层材料。意大利Autostrade公司研发的EDARTS系统采用的涂层是薄硅胶膜[6]。除了上下拉拔的分离方式外，EnvisionTec开发的Perfactory系统[7]在固化完成后采用偏转树脂盘的方式从侧面将零件从树脂盘上剥离，但这种方法只能减小零件靠近倾斜侧的情况。纽约州立大学布法罗分校的Zhou Chi等基于PDMS涂层的使用，提出一种双向直线运动系统的方法，在水平方向和垂直方向上进行分离运动来减小分离力，并通过实验进行验证。

现有研究分离力的方法大多是通过实验来完成，在分离力变化规律上的研究较少。本文根据分离过程中主要影响分离力变化的原因，在选取中间涂层时结合了硅胶膜的弹性和特氟龙的不粘性，并从力学分析上对约束液面成型过程的固化部分与从树脂盘上分离的分离机理进行探讨。……