机械毕业设计761光敏树脂液相固化成型机床设计 - 图文

毕业设计说明书

题 目： 光敏树脂液相固化成型机床设计

专 业： 机械设计与制造及其自动化 学 号： 姓 名： 指导教师：

完成日期： 2014年5月29号

目 录

摘要 ......................................................... 1 Abstract ..................................................... 2 1 引言 ....................................................... 3

1.1 快速成型技术简介 ................................................ 3 1.2 论文的主要工作 .................................................. 8

2 对于SLA的整体结构、系统组成分析 ........................... 10 2.1 系统组成......................................................... 11 3 光固化快速成型机的整体设计 ................................. 14

3.1 SLA快速成型机的总体设计 ........................................ 14

4 光固化快速成型机的机械部分选型计算 ......................... 18

4.1 涂覆机构的选型设计与计算 ........................................ 18 4.2 Z向工作台的选型设计与计算 ...................................... 22 4.3 液位控制部分选型设计与计算 ...................................... 27

5 SLA快速成型机的电气部分选型设计说明 ....................... 31

5.1 控制方式的选择 .................................................. 31 5.2 加热装置的选择 .................................................. 33 5.3 各种控制卡的选择 ................................................ 33

结论 ......................................................... 35 致谢 ......................................................... 37 参考文献 ..................................................... 38 附录 翻译译文及原文 ......................................... 39

光敏树脂液相固化成型机床设计

摘要：以累加思想实现零件制作的快速成型技术（RP），是制造技术领域的一项重大突破，它可以自动、直接、快速、精确地将设计思想从CAD模型，物化为具有一定功能的原型或零件，进而实现对产品设计进行快速评价、修改及功能试验，因此，这项技术能有效地缩短产品的研发周期。光固化成型技术（SLA）是最早商品化、应用最广泛的RP技术，其理论、工艺的完善及价格的降低等，对于RP的普及应用，有着极其重要的影响。

本文从SLA激光快速成型机的功能入手，先确定了SLA激光快速成型机的总体设计方案，然后分硬件和软件两个方面进行设计。硬件方面先进行初选型，然后计算，验证；软件方面从SLA激光快速成型机的制作原理入手进行了流程分析，从而确定了软件系统的功能模块。

硬件又分为机械和电气两部分，机械部分主要有涂层机构的设计选型计算、Z向工作台的设计选型计算和液位控制部分设计选型计算；电气部分涉及到控制方式的选择，各种功能卡的选择以及电气原理图的设计等等。

关键词: 快速成型 SLA 光敏树脂 激光技术

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Liquid photosensitive resin curing machine design

Abstract：The SL prototyping manufacturing technology in which fabricates parts with accumulate method, is a important breakthrough in manufacturing technology field. It can automatically, directly, rapidly and accurately change the design thought of CAD prototype into real prototypes or parts which have certain function, and that achieve rapid estimation modification and functional test of parts design. Thereby, the technology can effectively shorten the period of research and development of products. The SL prototyping technology is a RP technology that commercialization is the earliest and application is the widest Perfect of its theory and tech as well as reduce of the price etc. have very important infection for the popularization and application of the RP technology.

This article from the stereo lithography laser rapid prototyping machine function of the first laser to determine the SLA rapid prototyping machine design program, and then points both hardware and software design. Hardware, carry out a primary type, and then calculate, verify; software SLA laser rapid prototyping machine from the production flow analysis principle was to start to determine the functions of the software system modules.

Hardware is divided into two parts, mechanical and electrical .Mechanical design of the main selection of coated body calculation, Z selection to the table design level control part of the design calculation and selection calculation; electrical parts involved in the choice of control mode various functional card selection and design of electrical schematics and so on.

Keywords: Rapid Prototyping SLA photosensitive resin Laser Technology

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1 引言

1.1 快速成型技术简介

1.1.1 快速成型技术综述

20世纪80年代末、90年代初发展起来的快速成型（Rapid Prototyping & Manufacturing：RPM/RP&M或RP，以下简称为RP）技术，是当前先进的产品开发与快速工具制造技术，其核心是基于数字化的新型成型技术。它突破了传统的加工模式，不需要机械加工设备即可快速地制造形状极为复杂的工件。作为与科学计算可视化和虚拟现实相匹配的新兴技术，快速成型技术提供了一种可测量、可触摸的手段，是设计者、制造者与用户之间的新媒体。快速成型技术综合机械、电子、光学、材料等学科，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转化为具有一定功能的原型或直接制造零件/模具，有效地缩短了产品的研究开发周期。快速成型技术对于制造业的模型、原型及成型件的制造方式正产生深远的影响[1]。 1.1.2 RP工作原理

快速成型是通过计算机辅助设计（CAD）的三维模型输入到RP设备上。在输入前计算机将软件转换为STL格式（STL文件实际上是所有市场上RP系统数据输入采用的一种标准格式，其他输入格式也有使用）的文件，或者使用三维扫描仪通过对物体实体扫描后直接输入计算机处理，输入RP设备。见图1-1所示为RP技术流程[2]。 1.1.3 RP定义

随着各种新型RP的出现，“Rapid Prototyping”一词已无法充分表达出各种成型系统、成型材料及成型工艺等所包含的内容。因此，关于什么是“Rapid Prototyping”，目前有多种定义。Terry T.Wohlers和美国制造工程师协会（SME）对RP技术进行了定义：RP系统依据三维CAD模型数据、CT（Computerized Tomography，计算机X射线断层造影术）和MRI（Magnetic Resonance Imaging，核磁共振成像）扫描数据和由三维实物数字化系统创建的数据，把所得数据分成一系列二维平面，又按相同序列沉积或固化出物理实体。

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构造CAD三维模型 切片分层处理 STL文件输出 激光源 喷射源 SLA 固化树脂层 LOM 切割纸 SLS 烧结粉末层 3DP 喷粘结剂层 FDM 喷涂热熔融材料层 叠层堆积 表面处理 三维模型 图1-1 RP技术流程图

清华大学颜永年教授等对RP的描述为：RP技术是基于离散/堆积成型原理的新型数字化成型技术，是在计算机的控制下，根据零件的CAD模型，通过材料的精确堆积，制造原型或零件的。

“Rapid Prototyping”在软件工程中是一种在开发较复杂软件前，先开发出具有基本功能的软件的方法。

因此，该词已变的较为模糊和不明确，于是，有些文献用其他词语来表示其原来的含义，如：Free Form Fabrication、Solid Freeform Fabrication、Automated

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Fabrication、Solid Imaging、Additive Manufacturing、Layered Manufacturing等，但都因未得到如RP那样被广泛认可而较少有人采用。

此处对“Rapid Prototyping”分别从广义角度及狭义角度作如下定义。 （1） 针对工程领域而言，其广义上的定义为：通过概念性的具备基本功能的模型快速表达出设计者意图的工程方法。

（2） 针对制造技术而言，起狭义上的定义为：一种根据CAD信息数据把成型材料层层叠加而制造原型的工艺过程。 1.1.4 RP特点

RP技术较之传统的诸多加工方法展示了一下的性。

（1）可以制成几何形状任意复杂的零件，而不受传统机械加工方法中刀具无法达到某些型面的限制。

（2）大幅度缩短新产品的的开发成本和周期。一般地，采用RP技术可减少产品开发成本30%～70%，减少开发时间50%，甚至更少。如开发光学照相机机体采用RP技术仅3～5天（从CAD建模到原型制作）花费6000美元，而用传统的方法则至少需一个月，花费约3.6万美元。

（3）曲面制造过程中，CAD数据的转化（分层）可百分之百地全自动完成，而不靠数控切削加工中需要高级工程人员数天复杂的人工辅助劳动才能转化为完全的工艺数控代码。

（4）不需要传统的刀具或工装等生产准备工作。任意复杂零件的加工只需在一台设备上完成，其加工效率亦远胜于数控加工。

（5）属于非接触式加工，没有刀具、夹具的磨损和切削力所产生的影响。 （6）加工过程中无振动、噪声和切削废料。 （7）设备购置投资低于数控机床。 1.1.5 RP技术应用 1.1.5.1 RP应用范围

快速成型技术已经广泛应用于家电、汽车、航空航天、船舶、工业设计、医疗等领域。艺术、建筑等领域的工作者也已开始使用RP设备，越来越多的艺术家已经成为计算机工作者，即不再单纯地依靠以前的手工，而是由RP设备来表达新的思路和创新。从广义上讲，这些应用均属于产品开发范畴。

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快速模具制造（Rapid Tooling，RT）是快速成型技术应用的重要方面，无需任何专用工装和夹具，直接根据原型而将复杂的工具和型腔制造出来是RT的最大优势。一般来说，采用RT技术制造模具的时间和成本约为传统技术的1/3.

根据14个RP设备供应商和43个RP服务商提供的数据，RP的应用范围如下：所有模型的近41%用于装配和功能性零件，约27用于工程、工具制造、报价和投标，约23%用于原型模具、金属铸造及模芯制造。随着RP技术本身的发展和完善，其应用将不断拓展。

1.1.5.2 产品开发

产品开发过程中，需要做多个产品模型作为测试之用，比如造型设计评估、功能测试、组装测试及安全测试等，RP在这些方面的优势将非常明显。因设计工程师只需在三维CAD图上做出修改，便能及时制造出样品，做进一步测试。 1.1.5.3 医疗卫生领域

RP技术也常用于外科手术。病人在接受手术前需进行CT扫描或MRI等检查。以往医生们都是观看平面的扫描结果来计划手术，判断难免有误差。有了RP的帮助，医生可观看病人的立体模型来决定如何进行手术，甚至用RP进行模拟手术，增加手术的可靠性。

1.1.5.4 艺术创作

随着计算机技术的发展，新一代的艺术家及设计师，不一定整天埋头于工作间，亲手造出艺术作品来。他们现在可以安坐家中，用CAD软件创造出心目中的艺术品，然后再以RP技术把艺术品一次性制作出来。 1.1.6 RP的发展趋势

RP是面向产业界的高新综合技术，它无疑将继续获得越来越广泛的应用。国外有人预测：RP技术将成为一种一般性的加工方法。这一技术在我国许多行业也有巨大的潜在市场。在目前来看，RP技术最突出的问题是，所制原型零件的物理性能较差，成型机的价格较高，运行成本较高，零件精度低，表面粗糙度高，成型材料仍然有限。因此从上述RP技术的发展现状来看，未来几年的趋势主要如下。

（1）提高RP系统的速度、控制精度和可靠性，优化设备结构，选用性能价格比高、寿命长的元器件，使系统更简洁，操作更方便，可靠性更高，速度更快。开发不同档次、不同用途的机型亦是RP系统发展的一个方面。例如：一方面开发高精度、高性能的机

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型，以满足对制件尺寸、形状和表面质量要求更高或有特殊要求的用户；另一方面，开发专门用于检验设计、模拟制品可视化，而对尺寸精度、形状精度和表面粗糙度要求不高的概念机。

（2）提高数据处理纛和精度，研究开发用CAD原始数据直接切片方法，减少数据处理量以及由STL格式转换过程而产生的数据缺陷和轮廓失真。

（3）研究开发成本低、易成型、变形小、强度高、耐久及无污染的成型材料。将现有的材料，特别是功能材料进行改造或预处理，使之适合于RP技术的工艺要求，从RP特点出发，结合各种应用要求，发展全新的RP材料，特别是复合材料，例如纳米材料、非均质材料、其他方法难以制造的符合材料等。降低RP材料的成本，发展新的更便宜的材料。

（4）开发新的成型能源。目前的主流成型技术中，SLA、LOM和SLS均以激光作为能源，而激光系（包括激光器、冷却器、电源和外光路）的价格及维护费昂贵，传输效率（输出激光能量/输入电能）较低，影响制件的成本。新成型能源方面的研究也是RP技术的一个重要方面。

（5）研究开发新的成型方法。在过去的10年中，许多研究者开发出了十几种成型方法，基本上都基于立体平面化—离散—堆积的思路。这种方法还存在着许多不足，今后有可能研究集“堆积”“切削”于一体的快速原型方法，即RP与CNC机床和其他传统的加工方式相结合，以提高制件的性能和精度，降低生产成本。还可能从RP原理延伸，产生一些新的快速原型方法。

（6）继续研究快速制模(RT)和快速制造（RM）技术。一方面研究开发RP制件的表面处理技术，提高表面质量和耐久性；另一方面研究开发与注塑技术、精度铸造技术相结合的新途径和新工艺，快速经济地制造金属模具、金属零件和塑料件。

（7）在应用方面,通过对现有RP系统的改进和新材料的开发，使之能够经济地上产出直接可用的模具、工业产品和民用消耗品；制造出人工器官，用于治疗疾病。

（8）向大型制造与微型制造进军。分析各大公司的产品系列可以发现，原型的制造尺寸呈增大的趋势。由于大型模具的制造难度和RPM在模具制造方面的优势，可以预测将来的RPM市场将有一定比例为大型原型制造所占据。与此形成鲜明对比的将是RPM向微型领域的进军，SL的一个重要发展方向是微米印刷（Microlithography）、制造微米零件（Microscale Parts）。

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（9）RPM行业标准化，并且与真个产品制造体系相融合。RP技术经过十几年的发展，设备与材料两方面都有了长足的进步，但目前由于该技术的成本高，加以制件的精度、强度和耐久性能还不能满足用户的要求，暂时阻碍了RP技术的推广普及。此外，近年来，CNC切削机床亦在大步向前发展，一方面，价格大幅度下降；另一方面，高速、高精的CNC机床问世，制件时间缩短，精度及表面质量提高。因此，不少企业使用CNC切削机床快速制造金属或非金属模具及零件，向RP技术提出了新的挑战，但是在成型复杂、中空的零件方面，CNC切削机床是不能取代RP技术的。这种直接从概念设计迅速转为产品的设计生产模式，必然是21世纪的制造技术的主流。随着技术的进步，RP技术还会大踏步地向前发展，并将成为许多设计公司、制造公司、研究机构和教育机构等的基本技术和装备[2]。

1.2 论文的主要工作

1.2.1 设计的目的

完成SLA快速成型机总体设计、缸体部件设计和电气原理图设计，该设备主要用于零件和功能模型的快速成型制造。

由于通过本毕业设计，我们应该在综合应用所学知识方面得到较大的锻炼，基本具备独立设计机电一体化专用设备的能力。特别是在围绕课题开展调查研究、深刻理解和解决实际问题、用图纸、说明书等形式正确表达设计思想等方面的能力有明显提高。 1.2.2 本毕业设计课题的内容和要求 1.2.2.1 本毕业设计的主要内容

SLA快速成型机的总体设计以及与专业相关的外文资料翻译。 1.2.2.2 技术要求

（1） SLA快速成型机总体设计，包括确定机械部件总体尺寸，系统控制方式的选定等。

（2）SLA快速成型机缸体系统的设计，要求网板运动速度可调。 （3）控制系统软件分析设计。 （4）网板的最小位移量是0.01mm。 （5）最大成型尺寸是600 x 600mm。 1.2.2.3 工作要求：

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（1）了解机械产品的生产组织方式、典型零件的加工工艺、零件结构及公差对加工、装配以及工作性能的影响等。

（2）根据选定的方案进行零件的选型、结构计算和寿命计算。 （3）绘制总装配图和部分零件图。

（4）编写设计说明书。要求包含文献综述、方案选择、问题解决方法、计算过程等。

（5）刻制成光盘

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2 对于SLA的整体结构、系统组成分析

鉴于对SLA成型机的分析，对于实现SLA加工流程，同时充分保证SLA控制系统的加工精度，提出如下的硬件结构（如图2-1所示）。结构主要由计算机控制系统、液面控制系统、扫描系统、加热系统和功率检测系统组成。

激光器 震镜 激光功率仪 白金热电偶 工控机 步进电机 加热控制器 液位传感器 液槽 刮板电机 工作台电机 液槽升降电机 PTC热电阻

图2-1 硬件结构示意图

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2.1系统组成

2.1.1激光器的选择

由光固化过程可知，对光源的选择，主要取决于光敏剂对不同频率的光子的吸收。由于大部分光敏剂在紫外区的光吸收系数较大，一般很低的光能量密度就可使树脂固化，所以应采用输出在紫外波段的光源。用于固化的光波波长、输出功率及工作状态时有效和精确的零件制造的基本参数。通常根据光敏树脂固化的特性要求，光源的光波波长范围为250nm~350nm，光波输出功率大于40mW，工作状态为连续波得紫外光源。目前可适用的紫外光源有以下几种：

（1）He—Cd激光器

氦镉激光器是一种低功率激光，以氦气和镉蒸气的复合气体作为工作物质，通过镉的电离化过程，使中性氦原子和镉原子激活，生成可见和紫外激光射线，输出功率通常为15mW~50mW，采取一定的措施可输出波长分别为441.6nm和325nm的激光，激光器寿命为2000h左右。

（2）氩离子激光器（Ar+）

氩离子激光器是另一种低功率激光光源，它用氩气作为工作物质，输出功率为100mW~500mW，输出波长为351nm~365nm，该激光是双重电离化氩气状态下获得的。激光束光斑直径一般为0.05nm~3.00nm，激光位置精度可达0.008nm，重复精度可达0.13mm。生成这种光线的激活过程需要较高的管路电流和螺线管磁场强度以生成高能量电子。

（3）Nd：YOV4固体激光器

固体激光器的工作物质是掺杂激活离子于绝缘晶体或玻璃中，它它具有激光形成的阀值低，输出功率大，结构紧凑，牢固可靠的特点。目前二极管泵浦的Nd：YOV4四倍频激光器，输出波长266nm，输出功率可大于800mW。

（4）远紫外汞氙灯

远紫外汞氙灯属于气体放电光源，灯一经启动就可立即辐射出强烈的连续光谱，其辐射光谱在远紫外区比较丰富。在250nm~350nm之间辐射出的紫外线同光敏树脂有着良好的匹配性，可用于固化树脂。这种光源结构简单，运行可靠，输出功率适中。

为了更好的对激光器进行选择，将以上激光器列表进行简单分析，如下表2-2所示

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性能 光源 He－Cd Ar+激光器 Nd:YOV4 波长（nm） 功率（mW） 寿命（h） 工作状态 光束质量 运行成本 325 351-364 266 40 400 100-1000 >20 *2000 2000 >5000 >300 多模CW 多模CW 单模CW CW 高 高 高 稍差 较高 较高 稍高 极低 紫外汞氙灯 250-350

表2-2 几种紫外光源

*指到达光敏树脂液面的光功率，CW代表连续波

2.1.2激光束扫描装置

数字控制的激光束扫描装置也有两种形式：一种是电流计驱动式的扫描镜方式，最高扫描速度达15m/s，适合于制造尺寸较小的原型件；另一种是X-Y绘图仪方式，激光束在整个扫描过程中与树脂表面垂直，适合于制造大尺寸的原型件。

具体的选择在设计过程中根据实际情况来选择。 2.1.3 光敏树脂

SLA工艺的成形材料是液态光敏树脂，如环氧树脂、乙烯酸树脂、丙烯酸树脂等。要求SLA树脂在一定频率的单色光照射下迅速固化，并具有较小的临界曝光和较大的固化穿透深度。为保证原型精度，固化时树脂的收缩率要小，并应保证固化后的原型有足够的强度和良好的表面粗糙度，且成形时毒性要小。

自由基型光敏树脂是最早应用于SLA的树脂，这种树脂的优点是具有很高的光响应性，黏度低、成本不高，基本满足快速成型的要求。其缺点是由于表层氧的阻聚作用，使得成形精度较低，同时，该类树脂收缩较大（约8%），成形零件翘曲变形较大，尤其对于具有大平面结构的工件，制作精度不是很高。

阳离子型光敏树脂属于第二代树脂，其优点是收缩小、黏度极低、不受氧阻聚，但其缺点是容易受碱和湿气的影响，且固化速度较丙烯酸酯慢得多。阳离子型光敏树脂的主要成分为环氧化合物。用于SLA工艺的阳离子型齐聚物和活性稀释剂通常为环氧树脂和乙烯基醚。

由于以上两类树脂各有优缺点，从而出现了集自由基和阳离子树脂各自优点的混杂

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性光敏树脂，它比前两种更为优越，因此在这里我们选择这种复合光敏树脂材料【12】。 2.1.4液槽

盛装液态光敏树脂的液槽，应该采用不锈钢制作，这样可以避免液槽被腐蚀和生锈的问题出现。其尺寸大小取决于成型系统设计的最大尺寸原型件或零件，在这里我们主要设计600mm的SLA成型机。升降工作台选择步进电机控制，最小步距应在0.02mm以下，在225nm位移的工作范围内位置精度为±0.05mm，来保证生产零件的精度。刮平器保证新一层的光敏树脂能够迅速、均匀地涂覆在已固化层上，保持每一层厚度的一致性，从而提高原型件的精度。 2.1.5控制系统

控制系统主要由工控机、分层处理软件和控制软件等组成。激光能光束反射镜扫描驱动器、X-Y扫描系统、工作台Z方向上下移动和刮刀的往复移动都由控制软件来控制。

工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机，而工业现场一般具有强烈的震动，灰尘特别多，另有很高的电磁场力干扰等特点，且一般工厂均是连续作业即一年中一般没有休息。因此，工控机与普通计算机相比必须具有以下特点：

1） 机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。 2） 机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插槽。 3） 机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。 4） 要求具有连续长时间工作能力。

5) 一般采用便于安装的标准机箱（4U标准机箱较为常见）

注：除了以上的特点外，其余基本相同。另外，由于以上的专业特点，同层次的工控机在价格上要比普通计算机偏贵，但一般不会相差太多。

由以上工控机的特点，我们可以确定选择工控机来作为SLA成型机的控制系统。

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3 光固化快速成型机的整体设计

3.1 SLA快速成型机的总体设计

3.1.1 SLA快速成型机的工作原理

光固化快速成型系统的原理如图2所示容器中盛满液态光敏树脂，它在紫外光束的照射下能够快速固化。加工从最底部开始，可升降工作台处于液面下一个层厚的地方， 固体激光器发出的紫外激光束聚焦后，在计算机的控制下按零件分层截面信息，在液态光敏树脂表面扫描，使扫描区域的液态光敏树脂固化，形成制件的第一个固化层。然后工作台下移一个层厚的高度，其上覆盖新一层的液态树脂，刮板将树脂液面刮平，再进行第二层的扫描固化，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复直至整个制件完成。之后对制件进行一些必要的后处理如用工业酒精清洗制件，把制件放在紫外烘箱中后固化等，完成整个制作过程[3]。

图3 光固化成型机（SLA）结构示意图

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3.1.2 SLA快速成型机的系统组成 3.1.1.1 SLA快速成型机的控制系统设计

（1）控制硬件

控制硬件是指所有控制电路的总称，控制系统硬件应该由工控机、控制卡、传感器、电机及其驱动器组成。如图3-1所示。 工控机 PC总线 光量控制 快门控制

① 工控机系统

控制系统一般有主从控制系统和集中控制系统两种组织形式。

主从式控制系统将控制任务分解为数据处理和成型执行两大部分。分别由上、下位机来完成。上位机负责整个系统的综合管理、人机交互、状态信息处理、故障诊断、切片数据计算、插补等；下位机负责位置闭环控制及位置的信息反馈等。上层主控机一般配置较高，而下层子机的配置相对较低。整个控制系统的设计带有分布式控制系统的特征。

集中式控制系统只拥有一台计算机，在完成数据处理的同时，还具有控制硬件完成加工的功能。由于控制系统要处理的数据量一般比较大，因此它要求微机的整体性能较高，软件要具有多任务处理能力，实时性要好。

在光固化台式快速成型系统中，为了降低成本，我们在硬件实现上采用的是集中控制系统的结构，但在快速成型系统的软件实现上，我们加入了层片(CLI)文件及扫描加

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步进电机 控制卡 X轴环形分配器 功率 驱动器 X、Y轴步进电机及扫描运动机构 Y轴环形分配器 功率 驱动器 Z轴环形分配器 紫外光源 功率 驱动器 Z轴步进电机及 升降台运动机构 图3-1 SLA控制系统硬件结构

工路径(SMP)文件作为可选的中间文件，这样用户既可以用快速成型控制机完成从建CAD模型到生成成型加工数据的所有数据处理任务，也可以通过上述任一层次的中间文件而在其它更高性能计算机上完成部分或全部数据处理任务，再由成型机控制软件载入并进行成型加工。

由于在硬件的配置方式上采用了集中式控制方式，控制系统与上面的计算机系统是分不开的。控制系统还包括接口卡、功放驱动板、步进电机及各信号采集转换电路等。

② 光学系统

光学系统主要包括两大部分：紫外光源和光束传输及聚焦部分。选用的紫外光源(BHG-250)内部集成了紫外灯、椭球面反射镜、光栅和快门。另外它提供了一个D-SUB25的遥控连结器插座，可与计算机并口相连，以方便对开/关灯、切换快门和光量调整的控制。其主要技术参数如下：

能量：365nm处大于4000mw/cm2 输入电压：AC220,50Hz/60Hz 功率：约314mW 冷却方式：强制空冷 远程遥控电压：DC 5～24V 光纤传输具有不受空间限制、效率高、易控制的特点。由于紫外光辐射对人体有较强的危害，采用封闭传输的安全性比用开放式光路传输相对要高。因此本系统光路部分采用的是与BHG-250紫外光辐射装置相配套的准直、聚焦的光纤传输系统。

③ 机械传动及执行系统

机械传动及执行系统主要有Z向滚珠丝杠/螺母副、升降台等。

（2）控制软件

快速成型系统的软件是指从CAD造型软件直至驱动数控加工所用软件的总称。软件系统的设计思路由快速成型加工的整个工艺过程来决定。控制软件是整个快速成型软件的重要组成部分，主要功用就是完成从切片处理之后的所有工艺数据处理和加工控制任务。

控制软件的功能模块如图3-2所示，其中用户界面主要对程序和用户间的信息交互

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进行总体控制和管理，完成包括图形、状态显示，信息查询等功能；文件加载模块主是针对各种不同的文件类型(包括STL，CLI，SMP文件)进行不同的载入处理；扫描工艺处理主要是对层片文件进行处理而生成扫描加工路径，包括歧点处理、内外轮廓识别、工艺补偿、扫描和路径规划等步骤；成型加工模块主要是按扫描加工路径和设定的加工参数生成控制数据并发送给硬件控制模块，完成成型加工过程；仿真模块则是通过对成型过程的仿真，对己生成的扫描加工路径、工艺和加工参数的设置进行检验。

图3-2 控制软件的基本结构

成型加工模块 手动控制模块 用户界面 RP系统控制软件 文件加载 外部切片模块 扫描工艺处理 硬件控制模块 仿真模块

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4 光固化快速成型机的机械部分选型计算

4.1 涂覆机构的选型设计与计算

4.1.1 同步齿形带的选型设计计算 1、初步选型与计算 （1）确定设计功率Pd

P=

(Ff?Fa)Vmax?；

其中a=

20mm/s=0.04m/s2，Fa=m2a=230.04=0.08N，Ff=0.1N

0.5s根据以上数据得到P=4.5310?3W 设计动力Pd=K2P

其中K为工况系数，查机械设计实用手册表5.3-107，选取K=1.7 根据以上数据得到Pd=7.65310?3W （2）选择同步齿形带的型号和节距

根据Pd=7.65310?3W，n1=12.5r/min，查机械设计实用手册，图53-15，选取带的型号为XL型，查表5.3-108得到节距Pb=5.080mm 。 （3）选择带轮齿数

由带轮转速n1=12.5r/min和XL型带，查带轮允许最小齿数表得最小许用齿数

Zmin=10。带速V和安装尺寸允许时，尽可能选较大值。

初定Z1=20 （4）确定带轮节圆直径

d1?d2?PbZ1?=

5.080?20?=32.34mm

（5）确定同步带的节线长度

Lp?2acos???(d1?d2)/2???(d2?d1)/180 其中??sin?1d2?d1=0°（以a=760mm代入）则Lp=1570.8mm，选择最接近计算值的标2a18

准节线长Lp=1600.2mm。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5dop.html