스테레오 리소그래피 장비의 오류 분석:

3 차원 모델을 일련의 간단한 2 차원 레이어로 변환하고 레이어별로 접착하여 3 차원 모델을 얻습니다. 성형기의 성형공정에 따라 성형오류를 일으키는 요소는1..1과 같이 분류할 수 있습니다.

2. 사전 데이터 처리 오류

성형기는 모델의 프로파일 정보를 수신하므로 가공하기 전에 변환해야 합니다. 1987 년 3DsystSnel 은 모든 서피스 CAD 모델에 대해 작은 삼각형 평면 근사치를 만들고, TsL 파일 형식을 개발했으며, 이를 통해 대략적인 모델 슬라이스에서 단면 프로파일 정보를 얻을 수 있는 통합 방법을 수립했습니다. [1]. 점점 더 많은 CAD 시스템 및 장치가 STL 파일 형식을 지원합니다. 장점은 CAD 모델의 데이터 형식을 크게 단순화하여 현재 CAD 시스템과 RP 시스템 간의 데이터 교환 표준이라는 점입니다. 후속 레이어 처리에서 각 레이어 솔리드 점의 좌표 값을 쉽게 얻을 수 있으므로 스캔 렌즈가 재료를 선택적으로 스캔하는 것을 제어할 수 있습니다. 그래서 업계는 현재 래피드 프로토타이핑 데이터의 준기준으로 보고 있다. 거의 모든 유형의 rapid prototyping 시스템은 STL 데이터 형식을 사용하므로 rapid prototyping 기술이 3D 모형 데이터를 처리하는 데 큰 도움이 됩니다. 오류는 주로 3D CAD 모델의 STL 파일 출력과 이 STL 파일의 계층화에서 발생합니다. 다음은 STL 형식 파일 변환 및 레이어 처리가 성형 정밀도에 미치는 영향에 대해 설명합니다.

정도의 영향

2. 1 여러 파일 형식 변환 오류

STL 파일의 데이터 형식은 작은 삼각형을 사용하여 3d CAD 모델의 외부 표면을 근사화하고, 작은 삼각형의 수는 대략적인 정밀도에 직접적인 영향을 줍니다. 정밀도 요구 사항이 높을수록 더 많은 삼각형을 선택해야 합니다. 일반적으로 3D CAD 시스템은 STL 형식 파일을 내보낼 때 정밀도 매개변수를 입력해야 합니다. 즉, 최대 허용 오차, 원본 CAD 모델을 STL 형식으로 맞추는 파일 형식, CAD 의 연속 표면을 삼각형 패치 세트로 분리하는 것입니다. 솔리드 모형의 표면이 모두 평평하면 오차가 없습니다. 그러나 표면의 경우 정밀도가 아무리 높아도 원본 표면을 완전히 표현할 수 없습니다. 이런 근사치 오차는 불가피하게 존재한다. 예를 들면 실린더를 만드는 것과 같다. 축을 따라 성형할 때 근사화 정확도가 제한되어 있으면 원통이 프리즘이 되는 것이 분명합니다 (예: 1.2).

그림 1.2 원통의 STL 파일 형식

해결 방법: 이 오류를 제거하는 근본적인 방법은 CAD 모델에서 직접 제조 데이터를 얻는 것이지만 실제로는 아직 이 단계에 도달하지 못했습니다. 기존 방법은 CAD 모델을 ST 유형으로 변환할 때 정밀도 매개변수 값을 적절히 선택하여 이러한 오류를 줄일 수 있습니다. 이는 경험에 의존하는 경우가 많습니다.

그림 1.2

2.2 성형 정밀도에 대한 계층화 처리의 영향

계층화 처리로 인한 오차는 원칙적인 오차에 속한다. S 파일 형식에 따라 레이어 머시닝은 먼저 성형 방향을 결정하고 성형 방향에 수직인 평행 평면 클러스터를 통해 STL 파일 형식 모델을 잘라냅니다. 결과 단면과 모형 본체 사이의 교차선을 데이터로 처리하여 프로파일 정보를 생성합니다. 평행 평면 사이의 거리가 레이어 두께입니다. 각 슬라이스 레이어 사이에 거리가 있기 때문에 슬라이스는 모델 표면의 연속성을 손상시킬 뿐만 아니라 두 슬라이스 사이의 정보를 필연적으로 손실하여 레이어 방향의 크기를 초래합니다.

(1) 레이어 방향 치수 오류 분석

레이어를 지정할 때 레이어 두께를 결정한 후 레이어 평면이 맨 위 또는 맨 아래에 있는 경우 결과 다각형은 실제 윤곽 곡선이 해당 평면에 있는 내접 다각형입니다. 분말 레이어의 평면이 두 평면과 일치하지 않을 경우, 즉 한 치수가 슬라이스 방향의 두께와 불가분의 경우 슬라이스 방향의 치수 오차가 발생할 수 있습니다.

1) 레이어 수 증가! 레이어 두께 줄이기

더 높은 표면 정확도를 위해 레이어 두께를 최소화해야 합니다. 그러나 탈층 수가 증가함에 따라 제조 효율이 현저히 낮아질 것이다. 동시에, 너무 작은 층의 두께는 코팅 처리에 약간의 어려움을 초래할 수 있다. 또한 어댑티브 슬라이스 레이어 지정 기술은 표면 정확도를 향상시킬 수 있으며 이 문제를 해결하는 효과적인 방법입니다.

2) 성형 방향을 최적화합니다.

성형 방향을 최적화하는 것은 기본적으로 모형 표면과 성형 방향 사이의 각도를 줄이는 것입니다. 즉, 볼륨 오류를 줄이는 것입니다.

3 성형 오차

3. 1 시스템 오류

기계 오차는 성형기 자체의 오차로 부품 정밀도에 영향을 미치는 원시 오차입니다. 성형 시스템의 설계 및 제조 과정에서 기계적 오차를 최소화해야 합니다. 이는 부품 정밀도를 높이기 위한 하드웨어 기반이기 때문입니다.

(l) 작업대의 z 방향 운동 오차

작업대의 z 방향 모션 오차는 스택 중 레이어 두께 정밀도에 직접적인 영향을 미치며, 결과적으로 z 방향 치수 오차가 발생합니다. 작업대는 수직 면의 운동 직진도 오차에 거시적으로 가공소재의 모양을 만들어 냅니다! CPS350 성형기의 경우 500mm 내에서 시스템의 전체 위치 정확도는 0003mm 이고 양방향 반복 위치 정확도는 0.003mm 입니다 .....

(2)X.Y 방향 타이밍 벨트 변형 오차

X-Y 스캔 시스템은 X-Y 2 차원 모션을 사용하며, 동기식 톱니 벨트는 스테퍼 모터에 의해 구동되어 스캔 렌즈를 움직입니다. 위치를 지정할 때 동기화 벨트의 변형으로 인해 위치 지정 정밀도에 영향을 줄 수 있습니다. 일반적인 방법은 위치 보정 계수를 사용하여 그 영향을 줄이는 것입니다. CPS35O 성형기는 출하 후 위치 보정을 수행하며 반복 위치 정확도는 0.05 mm 에 이를 수 있습니다.

(3) 3)XY 방향의 위치 오차

검사 중 X.Y 검사 시스템에는 다음과 같은 문제가 있습니다.

1) 시스템 동작 관성력.

스테핑 모터를 사용하는 개방 루프 구동 시스템의 경우 스테핑 모터 자체와 기계 구조가 모두 스캐닝 시스템의 동적 성능에 영향을 줍니다. XY 스캔 시스템은 스캔 전환 단계에서 일정한 관성을 가지며, 이로 인해 스캔 헤드가 부품 가장자리에서 설계 크기 범위를 벗어나므로 부품 크기가 증가합니다. 동시에 스캔할 때 스캔 헤드는 항상 가속과 감속을 반복하는 과정에 있습니다. 따라서 가공소재의 가장자리에서는 스캔 속도가 중간 부분보다 낮고, 빔이 가장자리에 더 오래 비추며, 스캔 방향이 변경됩니다.

2) 스캐닝 메커니즘 진동의 영향

성형하는 동안 스캔 매커니즘은 스테핑 모터에 의해 구동되는 고유 진동수를 가진 부품의 계층적 단면을 왕복으로 채웁니다. 다양한 길이의 스캔라인이 있을 수 있기 때문에 일정 범위 내에서 다양한 주파수가 발생할 수 있습니다. 공진이 발생하면 진동이 증가하고 금형된 부품에 큰 오차가 발생할 수 있습니다.

3.2 입체 리소그래피 오류

플레어 지름 (1) 으로 인한 오류

이 경화형 피쳐는 부품의 솔리드 부분에 실제로 모서리당 플레어 반지름을 추가하고 부품 길이에 플레어 지름을 추가하여 부품에 양수 편차를 만듭니다. 제어 소프트웨어에는 가변 코너 지연 알고리즘이 사용되지만 플레어 지름의 존재로 인해 코너에 모깍기가 불가피하게 형성되어 모양이 둔화되고 부품의 모양 정확도가 낮아져 일부 작은 부품이 가공되지 않습니다. 점 보정을 사용하지 않으면 가공소재에 양수 편차가 있습니다. 양수 편차를 제거하거나 줄이기 위해 실제로 플레어 보정을 사용하여 플레어 스윕 경로가 솔리드 내부로 플레어 반지름을 들여씁니다.

4. 후처리로 인한 오차.

성형된 가공소재를 성형기에서 꺼낸 후에는 지지 구조를 벗겨야 하고, 어떤 것은 고화, 수리, 연마, 마감, 표면 처리가 필요합니다. 이러한 프로세스를 통칭하여 사후 처리라고 합니다. 이러한 오류는 다음 범주로 나눌 수 있습니다.

(1) 가공소재가 성형된 후 브래킷을 제거하면 표면 품질에 영향을 줄 수 있으므로 브래킷 설계는 합리적이어야 하며, 많지도 적지도 않아야 합니다. 일반적으로 브래킷 간격이 6nnn 인 브래킷의 설계는 성형 방향 선택과 관련이 있습니다. 성형 방향을 선택할 때, 철거하기 쉽도록 적은 지지를 종합적으로 고려해야 한다.

(2) 온도 때문에! 습도와 같은 환경 조건이 변화함에 따라 가공소재가 계속 변형되어 오차가 발생할 수 있습니다. 또한 성형 프로세스 또는 가공소재 자체의 구조적 프로세스 때문에 성형된 가공소재에는 항상 약간의 잔여 응력이 존재하는데, 이러한 잔여 응력은 시효로 인해 완전히 또는 부분적으로 사라지며 이로 인해 오차가 발생할 수 있습니다. 성형 프로세스의 잔류 응력을 최소화하면 부품의 성형 정밀도를 높일 수 있습니다.

(3) 제품의 표면 상태와 기계적 강도는 최종 제품의 요구 사항을 완전히 충족시킬 수 없습니다. 예를 들어, 제품 표면이 매끄럽지 않고, 층층 제조로 인해 표면에 작은 계단과 결함이 생기고, 제품의 얇은 벽과 일부 작은 피쳐 구조가 강도가 부족해 크기가 정확하지 않을 수 있습니다! 표면 경도 또는 색상이 만족스럽지 않습니다. 패치, 연마 및 마감은 표면 품질을 향상시키는 데 사용되며 표면 코팅은 제품의 표면 색상을 변경하여 강도 및 기타 성능을 향상시키는 데 사용됩니다. 그러나 이 과정에서 잘못 처리하면 원형의 크기와 모양 정밀도에 영향을 주어 사후 가공 오차가 발생할 수 있습니다.

5. 결론

광경화 과정의 정확도를 어떻게 통제할 것인가는 현재 많은 연구자들과 학자들이 반드시 고려해야 할 문제이다. 현재 부품의 성형 정확도를 높이는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 예를 들어 3D CAD 모델을 직접 계층화하여 STL 파일 변환으로 인한 오류를 방지하고 레이저 스캔 방식을 개선하면 부품의 내부 응력과 변형을 줄여 부품의 정확도를 높일 수 있지만 정밀도는 제어할 수 있습니다. 그러나 전체 성형 과정에서 공정순서와 프로세스 매개변수는 부품의 정밀도에도 큰 영향을 미치므로 추가 연구가 필요합니다. 또한 광경화 래피드 프로토타이핑 기술의 가공 비용, 생산성 및 제품 성능도 성형 프로세스 전반에 걸쳐 고려해야 합니다.