CN103258082A - 用于面曝光快速成形系统的制作参数优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的用于面曝光快速成形系统的制作参数优化方法，按以下步骤实施：1）液面曝光辐照度、曝光时间、液面等待时间及面收缩补偿系数四个制作参数水平的选取；2）将四个制作参数各取三个水平后用自由度为26的L₂₇（3¹³）正交表确定制作零件的方案；3）利用面曝光快速成形系统，按照正交表进行零件制作，计算四个制作参数在三个不同水平对应制作零件尺寸误差的信噪比，将信噪比列在正交表中；4）对制作出的零件进行直观和极差分析，确定四个制作参数对零件制作精度的影响程度，并确定制作参数的最佳组合。本发明的制作参数优化方法可分析各因素对制作精度的影响、确定最佳的工艺制作参数组合，提高了面曝光快速成形系统的制作精度。

Description

用于面曝光快速成形系统的制作参数优化方法

技术领域

本发明属于制造方法技术领域，涉及一种用于面曝光快速成形系统的制作参数优化方法。

背景技术

快速成型技术是一种先进制造技术，它采用材料累加成型原理，根据零件的三维CAD模型，可直接制作出三维实体零件，是一种非常具有生命力的新技术。面曝光快速成形技术是近年来发展起来的一种新型快速成形技术，其具体的原理是：零件的三维模型经切层后，切层数据存储为能生成零件截面形状的视图文件，由该文件驱动视图发生器，在树脂表面形成相应的视图，以该视图为掩模，实现对树脂的选择性固化。具有整层曝光时间短、成型速度快、成型效率高、可使用非激光光源及系统造价低的优点。

用于微小零件制作的面曝光快速成形系统对制作精度有很高的要求。影响曝光面内精度的主要因素有：液面曝光辐照度、曝光时间、液面等待时间及面收缩补偿系数等。各因素对制作精度的影响机理不同，且这些影响因素间又存在相互的影响，因此，为提高面曝光快速成形系统的制作精度，必须对影响曝光面内精度的主要因素进行优化。然而迄今为止，尚未见到对面曝光快速成形系统中制作参数进行优化研究的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于面曝光快速成形系统的制作参数优化方法，可分析各因素对制作精度的影响情况，能确定最佳的工艺制作参数组合，从而提高了面曝光快速成形系统的制作精度。

本发明所采用的技术方案是，用于面曝光快速成形系统的制作参数优化方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、液面曝光辐照度、曝光时间、液面等待时间及面收缩补偿系数四个制作参数水平的选取；

步骤2、经步骤1将四个制作参数各取三个水平后，采用自由度为26的L₂₇（3¹³）形式的正交表确定制作零件的方案；

步骤3、利用面曝光快速成形系统，按照步骤2中确定的自由度为26的L₂₇（3¹³）形式的正交表进行零件制作，计算出步骤1中选择的四个制作参数在三个不同水平对应制作出零件尺寸误差的信噪比，再将获得的信噪比列在自由度为26的L₂₇（3¹³）形式的正交表中；

步骤4、对经步骤3制作出的零件结果分别进行直观分析和极差分析，分别确定液面曝光辐照度、曝光时间、液面等待时间及面收缩补偿系数四个制作参数对零件制作精度的影响程度，并确定以制作精度为优化目标的制作参数的最佳组合。

本发明的特点还在于，

步骤3具体按照以下步骤实施：

步骤3.1、采用面曝光快速成形系统，制作出尺寸固定的零件，每一个制作参数水平下制作两个零件；

步骤3.2、将经步骤3.1制作好的所有零件经清洗后，用显微镜分别测量制作出的零件的实际长度、宽度尺寸，其中每个零件的长度、宽度分别测量3次，再分别求取出每个零件的长度和宽度平均值作为每个零件的实际尺寸；

步骤3.3、将步骤3.2中获取的每个零件的实际尺寸与步骤3.1中制作零件前的设计值相减，将得到的误差列在步骤2中设计的自由度为26的L₂₇（3¹³）的正交表中的响应一栏中；

步骤3.4、计算出步骤3.3中相应误差的信噪比SN的值η，并将得到的信噪比SN的值η也列于自由度为26的L₂₇（3¹³）的正交表中。

步骤3.4中信噪比SN的值η具体按照以下算法实施：

$\mathrm{\η}=-10\lg \left(\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y_i}^2\right);$

其中，η为信噪比SN，y_i是第i次的零件制作结果。

步骤4具体按照以下步骤实施：

步骤4.1、对经步骤2和步骤3得到的自由度为26的L₂₇（3¹³）的正交表进行直观分析，并将直观分析的结果列举在直观分析表中，在直观分析表中用T_ij表示自由度为26的L₂₇（3¹³）的正交表中第j列因素的第i号水平的信噪比数据之和；

步骤4.2、根据田口方法，信噪比SN的值η越大，零件制作精度越高，对直观分析表进行分析，将面收缩补偿系数、液面等待时间、曝光时间及液面曝光辐照度各自最大的信噪比SN的值η所在的水平选取出来进行由大到小的排列，排列结果即最佳零件制作参数组合；

步骤4.3、对经步骤2和步骤3得到的自由度为26的L₂₇（3¹³）的正交表进行极差分析：

1）计算直观分析表中第j列因素中T_ij最大值与最小值之差R_j；

2）按照步骤1）中R_j的大小排出四个制作参数即面收缩补偿系数、液面等待时间、曝光时间及液面曝光辐照度间的主次顺序，R_j越大，表示因素j对制作精度的影响越大。

本发明的有益效果在于：

本发明的用于面曝光快速成形系统的制作参数优化方法主要是利用田口方法（Taguchi method）对液面曝光辐照度、曝光时间、液面等待时间及面收缩补偿系数四个主要影响面曝光快速成形制作精度的制作参数进行优化，具有优化方法简单、易行及有效的优势；可分析上述四个制作参数对零件制作精度的影响情况，并确定最佳的工艺制作参数组合，提高了面曝光快速成形系统的制作精度。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的用于面曝光快速成形系统的制作参数优化方法，利用田口方法（Taguchi method）对液面曝光辐照度、曝光时间、液面等待时间及面收缩补偿系数四个主要影响面曝光快速成形制作精度的制作参数进行优化处理，具体按照以下方法实施：

步骤1、液面曝光辐照度、曝光时间、液面等待时间及面收缩补偿系数四个制作参数水平的选取：

步骤1.1、将液面曝光辐照度、曝光时间、液面等待时间及面收缩补偿系数四个制作参数各取三个水平；

步骤1.2、将液面曝光辐照度、曝光时间、液面等待时间及面收缩补偿系数四个制作参数在步骤1.1选取的三个水平上各取一组值；

步骤2、经步骤1将四个制作参数各取三个水平后，采用自由度为26的L₂₇（3¹³）形式的正交表确定制作零件的方案；

步骤3、利用面曝光快速成形系统，按照步骤2中确定的自由度为26的L₂₇（3¹³）形式的正交表进行零件制作，计算出步骤1中选择的四个制作参数在三个不同水平对应制作出零件尺寸误差的信噪比，再将获得的信噪比列在自由度为26的L₂₇（3¹³）形式的正交表中：

步骤3.1、采用面曝光快速成形系统，制作出尺寸固定的零件，每一个制作参数水平下制作两个，以增加试验结果的可靠性；

步骤3.2、将经步骤3.1制作好的所有零件经清洗后，用显微镜分别测量制作出的零件的实际长度、宽度尺寸，其中每个零件的长度、宽度分别测量3次，再分别求取出每个零件的长度和宽度平均值作为每个零件的实际尺寸；

步骤3.3、为计算方便，将步骤3.2中获取的每个零件的实际尺寸与步骤3.1中制作零件前的设计值相减，将得到的误差列在步骤2中设计的自由度为26的L₂₇（3¹³）形式的正交表中的响应一栏中；

步骤3.4、计算出步骤3.3中相应误差的信噪比SN的值η，并将得到的信噪比SN的值η也列于自由度为26的L₂₇（3¹³）的正交表中，

信噪比SNη具体按照以下算法计算：

$\mathrm{\η}=-10\lg \left(\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y_i}^2\right);$

其中，η为信噪比SN，y_i是第i次的零件制作结果；

步骤4、对经步骤3制作出的零件结果分别进行直观分析和极差分析，分别确定液面曝光辐照度、曝光时间、液面等待时间及面收缩补偿系数四个制作参数对零件制作精度的影响程度，并确定以制作精度为优化目标的制作参数的最佳组合：

步骤4.1、对经步骤2和步骤3得到的自由度为26的L₂₇（3¹³）的正交表进行直观分析，并将直观分析的结果列举在直观分析表中，在直观分析表中用T_ij表示自由度为26的L₂₇（3¹³）的正交表中第j列因素的第i号水平的信噪比数据之和；

步骤4.2、根据田口方法，信噪比SN的值η越大，零件制作精度越高，对直观分析表进行分析，将面收缩补偿系数、液面等待时间、曝光时间及液面曝光辐照度各自最大的信噪比SN的值η所在的水平选取出来进行由大到小的排列，排列结果即最佳零件制作参数组合；

步骤4.3、对经步骤2和步骤3得到的自由度为26的L₂₇（3¹³）的正交表进行极差分析：

1）计算直观分析表中第j列因素中T_ij最大值与最小值之差R_j；

2）按照步骤1）中R_j的大小排出四个制作参数即面收缩补偿系数、液面等待时间、曝光时间及液面曝光辐照度间的主次顺序，R_j越大，表示因素j对制作精度的影响越大。

实施例：

针对构建的面曝光快速成形系统，采用本发明方法对四个制作参数进行优化，具体按照如下方法进行：

（1）四个制作参数水平选取：

将面收缩补偿系数（A）、液面等待时间（B）、曝光时间（C）及液面曝光辐照度（D）各取三个水平，如表1所示，其中列出了不同水平时的四个制作参数的取值。

表1因素水平表

（2）零件制作：

采用面曝光快速成形系统，在不同制作条件下，该实施例的制作条件是：室温27℃，树脂温度38℃，制作设计尺寸为10mm×8mm×2mm的零件，每一个制作参数水平下制作零件两个，以增加优化结果的可靠性；

将制作好的零件经清洗后用显微镜分别测量每个零件的实际长度和宽尺寸，每个零件的长度、宽度分别测量3次，求取出平均值作为实际尺寸，为计算方便，将计算得到的实际尺寸与制作零件时的设计尺寸相减，将得到的误差列在自由度为26的L₂₇（3¹³)的正交表（表2）的响应一栏中；再根据以下算法计算出相应误差的信噪比SN的值η，并将计算出的信噪比也列于自由度为26的L₂₇（3¹³)的正交表（表2）中；

信噪比SN的值η具体按照以下算法计算：

$\mathrm{\η}=-10\lg \left(\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y_i}^2\right);$

表2L27(3¹³)试验计划与试验结果

（3）对得到的数据进行的直观分析：

如表3所示，表3是制作零件结果的直观分析表，其中T_ij表示第j列因素的第i号水平的信噪比数据之和；根据田口方法可知信噪比SN越大，零件的制作精度越高；

由表3可知：面收缩补偿系数A在第1水平、液面等待时间B在第3水平、曝光时间C在第2水平及液面曝光辐照度D在第1水平时的信噪比SN最大，即最佳制作参数组合为：A1B3C2D1。

表3中，R_j表示第j列因素的极差，即R_j为表3中第j列因素中T_ij最大值与最小值之差，按照R_j由大到小的将四个制作参数排出因素间的主次顺序，其值越大，表示因素j对制作精度的影响越大；由表3中各影响因素的极差可知，各影响因素对曝光平面内精度影响程度的主次顺序依次为A、B、D、C。

表3直观分析表（db）

Claims (4)

1.用于面曝光快速成形系统的制作参数优化方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、液面曝光辐照度、曝光时间、液面等待时间及面收缩补偿系数四个制作参数水平的选取；

步骤2、经步骤1将四个制作参数各取三个水平后，采用自由度为26的L₂₇（3¹³）形式的正交表确定制作零件的方案；

步骤3、利用面曝光快速成形系统，按照步骤2中确定的自由度为26的L₂₇（3¹³）形式的正交表进行零件制作，计算出步骤1中选择的四个制作参数在三个不同水平对应制作出零件尺寸误差的信噪比，再将获得的信噪比列在自由度为26的L₂₇（3¹³）形式的正交表中；

步骤4、对经步骤3制作出的零件结果分别进行直观分析和极差分析，分别确定液面曝光辐照度、曝光时间、液面等待时间及面收缩补偿系数四个制作参数对零件制作精度的影响程度，并确定以制作精度为优化目标的制作参数的最佳组合。

2.根据权利要求1所述的用于面曝光快速成形系统的制作参数优化方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施：

步骤3.1、采用面曝光快速成形系统，制作出尺寸固定的零件，每一个制作参数水平下制作两个零件；

步骤3.2、将经步骤3.1制作好的所有零件经清洗后，用显微镜分别测量制作出的零件的实际长度、宽度尺寸，其中每个零件的长度、宽度分别测量3次，再分别求取出每个零件的长度和宽度平均值作为每个零件的实际尺寸；

步骤3.3、将步骤3.2中获取的每个零件的实际尺寸与步骤3.1中制作零件前的设计值相减，将得到的误差列在步骤2中设计的自由度为26的L₂₇（3¹³）的正交表中的响应一栏中；

步骤3.4、计算出步骤3.3中相应误差的信噪比SN的值η，并将得到的信噪比SN的值η也列于自由度为26的L₂₇（3¹³）的正交表中。

3.根据权利要求2所述的用于面曝光快速成形系统的制作参数优化方法，其特征在于，所述步骤3.4中信噪比SN的值η具体按照以下算法实施：

$\mathrm{\η}=-10\lg \left(\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y_i}^2\right);$

其中，η为信噪比SN，y_i是第i次的零件制作结果。

4.根据权利要求1所述的用于面曝光快速成形系统的制作参数优化方法，其特征在于，所述步骤4具体按照以下步骤实施：

步骤4.1、对经步骤2和步骤3得到的自由度为26的L₂₇（3¹³）的正交表进行直观分析，并将直观分析的结果列举在直观分析表中，在直观分析表中用T_ij表示自由度为26的L₂₇（3¹³）的正交表中第j列因素的第i号水平的信噪比数据之和；

步骤4.2、根据田口方法，信噪比SN的值η越大，零件制作精度越高，对直观分析表进行分析，将面收缩补偿系数、液面等待时间、曝光时间及液面曝光辐照度各自最大的信噪比SN的值η所在的水平选取出来进行由大到小的排列，排列结果即最佳零件制作参数组合；

步骤4.3、对经步骤2和步骤3得到的自由度为26的L₂₇（3¹³）的正交表进行极差分析：

1）计算直观分析表中第j列因素中T_ij最大值与最小值之差R_j；

2）按照步骤1）中R_j的大小排出四个制作参数即面收缩补偿系数、液面等待时间、曝光时间及液面曝光辐照度间的主次顺序，R_j越大，表示因素j对制作精度的影响越大。