MODELOWANIE POWIERZCHNI ELEMENTÓW WYKONYWANYCH METODĄ STEREOLITOGRAFII 1. WPROWADZENIE

Transkrypt

1 InŜynieri Mszyn, R. 18, z. 2, 213 szybkie prototypownie geometryczn struktur powierzchni Stefn DZIONK 1 MODELOWANIE POWIERZCHNI ELEMENTÓW WYKONYWANYCH METODĄ STEREOLITOGRAFII Modele wykonywne metodmi przyrostowymi chrkteryzują się specyficzną strukturą powierzchni tj. tzw. efektem schodkowym. Struktur tk zzwyczj nie jest kceptown przez odbiorcę i w celu uzyskni odpowiedniej jkości powierzchni wykonuje się dodtkową obróbkę np.: skrwniem (jest to tzw. postprocessing). Włściwości powstjącej struktury powierzchni moŝn zmienić w ogrniczonym zkresie poprzez sposób ustwieni modelu n pltformie. Aby przewidywć wysokość powstjących nierówności tworzy się modele chropowtości powierzchni przedmiotów wykonywnych metodmi przyrostowymi W rtykule przedstwiono roŝne modele chropowtości powierzchni elementów wykonywnych metodą stereolitogrfii w zkresie prmetrów wysokościowych, tkŝe ich porównnie do powierzchni rzeczywistej. 1. WPROWADZENIE Stereolitogrfi (Stereolitogrphy) jest jedną z pierwszych metod przyrostowych zliczn do grupy technik szybkiego prototypowni. Metody przyrostowe umoŝliwiją wytworzenie trójwymirowych modeli fizycznych (prototypów) w oprciu o geometrię zprojektowną w systemie modelowni przestrzennego CAD 3D (computer ided design). W tym procesie model CAD jest dzielony n wrstwy o określonej grubości (zzwyczj jest to w zkresie1 1 µm, le są teŝ urządzeni wykonujące elementy gdzie stosuje się grubość wrstwy ok. 1 µm). Podził ten odbyw się z pomocą specjlnych progrmów komputerowych, w które wyposŝony jest dził przygotowujący technologię. Dne obejmujące wykonywny przedmiot lub przedmioty, gdyŝ moŝn jednocześnie wykonywć wiele róŝnych części, zpisuje się w formie pliku komputerowego. Tk przygotowny plik dnych zostje przesłny do urządzeni, w którym nstępuje wykonnie przedmiotu fizycznego z wcześniej wybrnego mteriłu. PowyŜszy schemt dziłń chrkterystyczny jest dl wszystkich metod przyrostowych, w tym tkŝe dl stereolitogrfii SLA. W tej metodzie wykonnie przedmiotu poleg n utwrdzeniu płynnego fotopolimeru w miejscch, gdzie znjduje się mterił wyrobu. Fotopolimer zestl się pod wpływem świtł ultrfioletowego UV (ultrviolet). Źródłem świtł jest lser Nd:YVO 4 emitujący promieniownie o długości ok. 354,7 nm, którego promień przemieszcz się po powierzchni 1 Politechnik Gdńsk, Ktedr Technologii Mszyn i Automtyzcji Produkcji, E-mil: sdzionk@mech.pg.gd.pl

2 8 Stefn DZIONK Ŝywicy formując wrstwę zgodną z zpisem dnych odpowiedniej wrstwy podzielonego przedmiotu. Po zesknowniu przez lser cłej wrstwy przedmiotu pltform, n której umiejscowiony jest przedmiot lub przedmioty obniŝ się o grubość wrstwy. Nstępnie zgrnicz przemieszczjąc się nnosi n powierzchnię kolejną wrstwę Ŝywicy o zprogrmownej grubości i cykl sknowni powierzchni promieniowniem lserowym powtrz się. Ksztłt wrstwy zmieni się w zleŝności od przekroju modelu n stosownej wysokości. Schemt dziłni urządzeni do wykonywni modeli metodą SLA moŝn znleźć w prcch [4],[5],[6]. W modelowniu stereolitogrfii promień sknujący przedstwi się zzwyczj w postci równoległej wiązki o przekroju kołowym. W rzeczywistości wiązk sknując m ksztłt wydłuŝonego stoŝk, którego przekrój n poziomie powierzchni Ŝywicy powinien być kołem o zdnej średnicy. W przypdku wiązki stoŝkowej kąt pochyleni profilu wrstwy określny jest jko φ1 i kąt ten w stosunku do kąt φ stosownego w modelowniu profilu powierzchni dl wiązki równoległej określić moŝn zleŝnością: φ1=φ±,5β (1) gdzie: φ - kąt pochyleni profilu wrstwy przedmiotu dl wiązki równoległej, φ1 - kąt pochyleni profilu wrstwy przedmiotu dl wiązki stoŝkowej, β - kąt skupieni wiązki stoŝkowej. W prezentownych modelch pomij się kąt skupieni wiązki lserowej β i kąt pochyleni profilu wrstwy φ1 jest przyjmowny jk dl wiązki równoległej φ. 2. MODELE OBLICZENIOWE PROFILU CHROPOWATOŚCI W oprciu o omówioną wyŝej zsdę n rys. 1 przedstwiono zrys profilu nierówności powierzchni chrkterystycznego dl metody stereolitogrfii. N podstwie tego zrysu określ się modele obliczeniowe prmetrów wysokościowych R i Rz. Prmetr R dl tkiego profilu przyjmuje się w przybliŝony sposób poprzez opisnie nierówności powierzchni prostymi figurmi geometrycznymi. Zsumownie tk określonych pól powierzchni wzniesień i wgłębień (n rys. 1 Ap i Av) n długości odcink elementrnego nstępnie podzielenie tej wrtości przez jego długość określ wrtość prmetru średniego. W stosownych modelch spotyk się dodtkowe uproszczeni tkie jk: ogrniczenie profilu do zrysu prostokątnego, brk zokrągleń wzniesień i wgłębień i inne (występują, gdy przyjmiemy wskźniki r p = r v = lub kąt φ = ). W literturze większość modeli obliczeniowych prmetrów chropowtości oprt jest n modelu ostrych krwędzi z profilem prostokątnym. Jest to njprostszy model i w nim uwzględni się tylko dw prmetry procesu wytwrzni tj.: grubość wrstwy () i pochylenie powierzchni w stosunku do wrstw przyrostowych (Θ) [1],[8]. Ten model stosuje się równieŝ w progrmch komputerowych modelujących nierówności powierzchni n elementch wykonywnych metodmi przyrostowymi [1].

3 Modelownie powierzchni elementów wykonywnych metodą stereolitogrfii 9 ) b) L=Xs x φ Zp Ap rp /2 L=Xs rp x φ Ap Zp Θ 1 Av Θ φ 1 Av Θ φ /2 Θ rv rv Zv Zv Rys. 1. Schemtyczne przedstwienie zrysu powierzchni przedmiotu wykonywnego metodą stereolitogrfii: ) zrys powierzchni przy dodtnim kącie wychyleni wiązki, b) zrys powierzchni przy ujemnym kącie wychyleni wiązki, 1 - lini odniesieni zrysu, φ - kąt wychyleni wiązki sknującej (n rysunku wrtość kąt określon w wrtościch bezwzględnych), Θ - kąt pochyleni powierzchni, L - odcinek linii odniesieni do obliczni zrysu profilu, - grubość wrstwy przyrostowej, Ap - pole wzniesieni, Av - pole wgłębieni, Zp - wysokość wzniesieni, Zv - głębokość wgłębieni, x - długość zrysu profilu, r p - promień zokrągleni wzniesień, r v promień zokrągleni wgłębień Fig. 1. Schemtic presenttion of the surfce profile of the element mnufctured by stereolithogrphy method: ) the profile of the surfce with positive ngle of the bem blncing, b) the profile of the surfce with negtive ngle of the bem blncing, 1 - reference line, φ - ngle of bem blncing (the ngle of the figure is specified on the bsolute vlue), Θ - ngle of the surfce inclintion, L - reference section for clculting of the contour profile prmeters, - thickness of incrementl lyer, Ap - pek re, Av - vlley re, Zp - the height of the pek, Zv - depth of the vlley, x - the length of the profile, r p -rdius of rounding peks, r v rdius of vlley rounding Model ten moŝn przedstwić w postci: R ( θ ) = cosθ ( < θ < 18 ) (2) 4 gdzie: R - prmetr chropowtości, - grubość wrstwy przyrostowej, θ - kąt pochyleni wykonywnej powierzchni. We wszystkich modelch obliczeniowych występują pewne zkresy zmienności kąt pochyleni powierzchni Θ (określone kątem Θ ), dl których rezultty modelowni zncznie odbiegją od wyników pomirów powierzchni rzeczywistej. Wynik to z metody wykonywni przedmiotów technikmi przyrostowymi, gdyŝ n powierzchni o kącie pochyleni <Θ <Θ nie powstnie schodek, powierzchni będzie powierzchnią poziomą. Wrtość obliczeniow prmetru R tkiej powierzchni powinn wynosić zero, ntomist model określony wzorem 2 tkich wrtości w tym zkresie nie przyjmuje. Wobec tego z modelowni nleŝy wyłączyć zkresy kątów ( deg± Θ ) i (18 deg± Θ ) gdzie wrtość kąt Θ moŝn obliczyć ze wzoru

4 1 Stefn DZIONK θ * rctg (3) 2 b gdzie: - grubość wrstwy, θ - kąt grniczny pochyleni profilu wrstwy, b - szerokość powierzchni. Model uwzględnijący kąt pochyleni profilu przedstwi zleŝność [8]: cosθ + sinθ tgφ R( θ, φ) = (4) 4 gdzie: - grubość wrstwy przyrostowej, φ - kąt wychyleni wiązki sknującej, θ - kąt pochyleni powierzchni. Przebieg zmin wrtości prmetru określonego wzorem 4 moŝn znleźć w literturze [3],[5],[8]. Rzeczywist powierzchni przedmiotu m dodtkowe nierówności n powierzchni tkie jk: pęcherzyki powietrz i krtery n powierzchnich górnych orz przeregowni i pozostłości konstrukcji wsporczej n powierzchnich dolnych. Te elementy geometrycznej struktury powierzchni moŝn uwzględnić w wrtościch oblicznego prmetru R. MoŜn to zmodelowć dodtkowym współczynnikiem, który wg [8] m postć: (9 + φ) θ o o k1 gdy θ (,(9 + φ)) 9 + φ θ φ 9 o o ξ ( θ, φ, k1, k 2 ) = k2 gdy θ ((9 + φ),18 ) (5) 9 φ gdy θ = (9 + φ) gdzie: ξ(θ,φ,k 1,k 2 ) - współczynnik uwzględnijący dodtkowe nierówności powierzchni dolnych i górnych, φ - kąt wychyleni wiązki sknującej, θ - kąt pochyleni powierzchni, k 1 - prmetr R nierówności powierzchni poziomej górnej, k 2 - prmetr R nierówności powierzchni poziomej dolnej. Wobec tego cłkowitą wrtość prmetru dl tych modeli moŝn określić wzorem: R (, ) R (, ) (,, k 1, k T θ φ = θ φ + ξ θ φ 2 ) (6) gdzie: R T (θ,φ)- sumryczny prmetr nierówności powierzchni, R(θ,φ)- prmetr nierówności powierzchni określony wg wzoru (7), ξ(θ,φ,k 1,k 2 )- prmetr dodtkowych nierówności powierzchni. Modele, które nie uwzględniją zokrągleni krwędzi są nzywne modelmi ostrych krwędzi. Z bdń wynik, iŝ podczs wykonywni modeli występuje zjwisko menniskowni polimeru i w nroŝch pojwiją się zokrągleni. Ntomist n krwędzich zewnętrznych zokrągleni powstją n skutek niepełnego utwrdzeni Ŝywicy n grnicy wrstw, spowodowne rozproszeniem świtł n obrzeŝch plmki lser. Zjwisko to uwzględni model z zokrąglonymi krwędzimi, przedstwiony n bzie wzoru (1). W literturze [7] spotyk się teŝ model uwzględnijący tylko jeden promień zokrągleni r v = (tyko segment 1 i 2 wzoru 2).

5 Modelownie powierzchni elementów wykonywnych metodą stereolitogrfii ) [( r )(1 π p rv )] 2 2 π ( rp + rv )(1 ) sinθ R(, θ, r, ) cosθ 4 4 p rv = + tnθ sinθ (7) (1) (2) (3) gdzie: - grubość wrstwy przyrostowej, θ - kąt pochyleni powierzchni, r p - promień zokrągleni wzniesieni (nroŝe zewnętrzne), r v - promień zokrągleni wgłębieni (nroŝe wewnętrzne) wyŝej opisne segmenty wzoru, które opisują: (1) - model krwędzi ostrych, (2) - model krwędzi zokrąglonych, (3) - poprwk wynikjąc z przemieszczeni linii odniesieni PowyŜszy wzór precyzyjniej określ rzeczywisty profil nierówności. Ntomist jego stosownie wiąŝe się z szeregiem ogrniczeń, które zwęŝją zkres zmin kąt pochyleni powierzchni Θ. Wynik to głównie z złoŝeni, Ŝe promienie zokrągleń są styczne do zrysu profilu, co określ zleŝność: r p +r v (8) gdzie: - grubość wrstwy przyrostowej, r p - promień zokrągleni wzniesieni (nroŝe zewnętrzne), r v - promień zokrągleni wgłębieni (nroŝe wewnętrzne). Ten sm wrunek ogrnicz stosownie modelu w zkresie powierzchni pionowych. Dopuszczlny zkres kątów pochyleni powierzchni określ wzór: tgθ (9) r p + r v gdzie: θ - kąt pochyleni powierzchni, - grubość wrstwy przyrostowej, r p - promień zokrągleni wzniesieni (nroŝe zewnętrzne), r v - promień zokrągleni wgłębieni (nroŝe wewnętrzne). Kolejnym ogrniczeniem stosowni jest drugi i trzeci segment wzoru 7, jko Ŝe prmetr R nie moŝe przyjmowć wrtości ujemnych, nleŝy spełnić nstępującą nierówność: ( r p r ) + v 2 π 1 4 tgθ (1) gdzie: r p - promień zokrągleni wzniesieni, r v - promień zokrągleni wgłębieni, - grubość wrstwy przyrostowej, Θ - kąt pochyleni powierzchni. Zkres ogrniczeń określony wzorem 1 przedstwi rys. 2. MoŜn n nim zuwŝyć, Ŝe przy duŝych wrtościch promieni zokrągleń, tj. gdy ich sum jest n poziomie grubości wrstwy zncznie zmniejsz się zkres zmienności kąt pochyleni powierzchni Θ w którym moŝn stosowć w/w zleŝność dl obliczni prmetru R.

6 12 Stefn DZIONK Kąt pochyleni pow. Θ [deg] =,15 =,1 =,5,2,4,6,8,1,12,14 Sum promieni zokrągleń [mm] Rys. 2. Wykres ogrniczeń stosowni modelu obliczeniowego zkresie powierzchni pionowych Fig. 2. Grph of restrictions for clcultion model in the rnge of verticl surfces N rysunku 3 przedstwiono wykres zmin prmetru R według modelu określonego wzorem 7. Wykres ten jest określony dl zmienności kąt Θ ( 9deg), gdyŝ kąt Θ = 9deg jest poz zkresem dopuszczlnym stosowni tego modelu. NleŜy równieŝ stosowć inne ogrniczeni tego modelu określone wzormi 8-1. N rysunku 3 frgment powierzchni określony (1) zostł wyliczony poz zkresem dopuszczlnym stosowni tego modelu, więc są to nieprwidłowe wyliczeni. W przypdku, gdy istnieje potrzeb obliczeni wrtości prmetru R dl kąt pochyleni powierzchni Θ będącego poz zkresem dopuszczlnym dl modelu krwędzi zokrąglonych, to nleŝy zstosowć inny model obliczeniowy bądź przyjąć szcunkową wrtość prmetru, gdyŝ wyniki uzyskne z modelu krwędzi zokrąglonych poz jego zkresem dopuszczlnym obrczone są brdzo duŝym błędem. Dotychczsowe modele obliczeniowe określły wrtości prmetrów średnich chropowtości powierzchni. Jest potrzeb określeni prmetrów mksymlnych nierówności powierzchni np. w celu określeni grubości wrstwy zdejmownej podczs dodtkowej obróbki powierzchni. Prmetr Rt tj njwiększe wzniesienie i njwiększe wgłębienie n długości odcink pomirowego njlepiej określł by grubość zdejmownej wrstwy. Przydtny byłby teŝ prmetr powierzchniowy Sz. W modelch obliczeniowych zkłd się regulrny ksztłt profilu. W tym przypdku, wrtość prmetru Rt jest równ wrtości prmetru Rz. Wrtości prmetru Rz dl prostokątnego zrysu profilu o niezokrąglonych wzniesienich i wgłębienich moŝn przedstwić wzorem: Rz = cos Θ (11)

7 Modelownie powierzchni elementów wykonywnych metodą stereolitogrfii 13 gdzie: Rz - njwyŝsz wysokość profilu n długości odcink elementrnego, - grubość wrstwy przyrostowej, Θ - kąt pochyleni powierzchni Wrtość prmetru R [ µ m] Kąt pochyleni powierzchni [deg],1,2,3,4,5 RóŜnic promieni zokrągleń [mm] Rys. 3. Wykres zmienności prmetru R w obliczeniowym modelu prostokątnym krwędzi zokrąglonych dl grubości wrstwy =,15mm: 1 frgment wykresu poz obszrem dopuszczlnym modelu Fig. 3. Roughness prmeter R grph of the rouded rectngulr profile for the thickness of incrementl lyer =.15mm: 1 - the frgment outside of the permissible re Model uwzględnijący kąt pochyleni profilu m postć: Rz = cos( θ + φ) (12) cosφ gdzie: Rz - njwyŝsz wysokość profilu n długości odcink elementrnego, - grubość wrstwy przyrostowej, θ - kąt pochyleni powierzchni, φ - kąt pochyleni profilu wrstwy. Przebieg zmienności prmetru Rz określony wzormi 11 i 12 m podobny chrkter do przebiegu prmetru R określony wzormi 2 i 4. Wrtości obliczone prmetru Rz są w stosunku do wrtości prmetru R czterokrotnie większe. ZleŜność n obliczenie prmetru Rz dl zrysu prostokątnego z zokrąglonymi wzniesienimi i wgłębienimi moŝn przedstwić w postci: [ (sinθ cosθ )] Rz cosθ + ( r p + r )1 + (13) = v gdzie: Rz - mksymln wysokość nierówności n długości odcink elementrnego, - grubość wrstwy przyrostowej, θ - kąt pochyleni powierzchni, r p - promień zokrągleni wzniesień, r v - promień zokrągleni wgłębień.

8 14 Stefn DZIONK Obliczjąc wrtość prmetru Rz n podstwie powyŝszej zleŝności nleŝy stosowć się do ogrniczeń, które są określone wzormi 3 i 8. Jest ich zncznie mniej w stosunku do ogrniczeń wymgnych podczs stosowni dekwtnego modelu prmetru R (wzór 7). Ntomist porównując wykresy zmienności obu prmetrów tj. rys. 3 i rys. 4 moŝn zuwŝyć, Ŝe wielkość promieni zokrągleń brdziej wpływ n zmniejsznie się wrtości prmetru Rz niŝ nlogicznego prmetru R, jednocześnie dl prmetru Rz nie występuje zkres wyłączjący dl kąt pochyleni Θ = 9deg. 16 Wrtość prmetru Rz [µm] Promienie zokrągleń profilu [mm],4,8,12,16, Kąt pochyleni powierzchni Θ [deg] Rys. 4. Wykres zmienności prmetru Rz w obliczeniowym modelu prostokątnym krwędzi zokrąglonych dl grubości wrstwy =,15 mm Fig. 4. The grph of Rz prmeter vrition of the rounded rectngulr profile for the thickness of incrementl lyer =.15 mm Model obliczeniowy wrtości prmetru Rz dl zrysu z kątem pochyleni profilu orz zokrąglonymi wzniesienimi i wgłębienimi moŝn przedstwić w postci: 1 1 Rz = cos( θ ) tn( φ) sin( θ ) + ( r p + rv ) 1 cos( θ ) + tn π + φ sin( θ ) 4 2 gdzie: Rz - mksymln wysokość nierówności n długości odcink elementrnego, - grubość wrstwy przyrostowej, θ - kąt pochyleni powierzchni, φ - kąt pochyleni profilu wrstwy, r p - promień zokrągleni wzniesień, r v - promień zokrągleni wgłębień. W tym modelu w zkresie powierzchni pionowych tj. Θ = 9deg i Θ = 27deg występują nieciągłości. Wielkość przedziłu nieciągłości zleŝn jest od wrtości kąt pochyleni profilu φ. Dokłdniejszy opis zmin prmetru Rz dl róŝnych modeli obliczeniowych moŝn znleźć w literturze [5]. (14)

9 Modelownie powierzchni elementów wykonywnych metodą stereolitogrfii BADANIA EKSPERYMENTALNE Bdni przeprowdzono wykonując próbki z Ŝywicy o hndlowej nzwie ACCURA SI1 n urządzeniu do wykonywni modeli metodą stereolitogrfii m-ki Viper SI 2. Progrm sterujący przygotowno korzystjąc z oprogrmowni Lightyer. Grubość wrstw przyrostowych wynosił =,15 mm średnic wiązki sknującej lser d =,25 mm. Próbkę umieszczono w centrlnej osi urządzeni (środek pltformy) gdzie kąt pochyleni profilu φ =. Po wykonniu próbki oczyszczono z resztek Ŝywicy stosując izopropnol, nstępnie w urządzeniu PCA (post cure pprtus) poddjąc je 2 minutowemu dziłniu promieniowni UV. Zdniem urządzeni PCA było zkończenie procesu fotopolimeryzcji Ŝywicy n powierzchni przedmiotu (powierzchni po umyciu jest lepk ten proces to usuw). N rysunku 5 przedstwiono typową powierzchnię elementu wykonnego metodą stereolitogrfii. Jest to powierzchni górn i nie występują n niej wdy chrkterystyczne dl powierzchni dolnych. MoŜn n niej zuwŝyć chrkterystyczną strukturę schodkową powierzchni. Występują n niej zróŝnicowne wysokości wzniesień i wgłębień. Promienie zokrągleń wzniesień i wgłębień nie mją stłej wrtości. Grzbiety wzniesień mją nieregulrny ksztłt. Rys. 5. Topogrfi powierzchni górnej o kącie nchyleni θ = 38deg Fig. 5. The up-fcing surfce topogrphy for the sloping surfce ngle θ = 38deg N rysunku 6 przedstwiono wrtości porównwcze modeli obliczeniowych z wrtościmi pomirowymi prmetru R wykonnymi dl pełnego zkresu pochyleni powierzchni. MoŜn zuwŝyć symetrię w obszrze powierzchni górnych poziomych tj. dl otoczeni kąt Θ = deg i Θ = 36 deg. MoŜe on wynikć z metody pomirów, gdzie odstęp między kolejnymi wzniesienimi jest większy od odcink elementrnego, co powoduje, Ŝe nierówność schodk w zleŝności od umiejscowieni odcink pomirowego jest lub nie jest zliczn do wrtości mierzonego prmetru. Powoduje to zwiększenie się

10 16 Stefn DZIONK rozstępu wyników pomiru, gdyŝ dl części pomirów odcinek elementrny połoŝony jest między wzniesienimi i otrzymujemy mniejsze wrtości prmetrów w stosunku do pomirów obejmujących wzniesienie. Rys. 6. Wykres porównwczy modeli obliczeniowych nierówności powierzchni z wrtościmi prmetru R uzysknego z pomirów: 1 - model krwędzi ostrych, 2 - model krwędzi ostrych z pochyleniem profilu, 3 - model krwędzi zokrąglonych, 4 - wyniki pomiru prmetru R, 5 - wielomin proksymujący wyniki pomiru prmetru R wg formuły (), 6 - wielomin proksymujący pomiru prmetru R wg formuły (b) Fig. 6. Comprison models nd result of mesurement for R prmeter: 1 - shrp edge mode, 2 - shrp edge model with inclintion lyer profile, 3 - round edge model, 4 - the results of mesurement of the surfce prmeter R, 5 - regression curve of the mesurement results of prmeter R ccording to the formul (), 6 - regression curve of the mesurement results of prmeter R ccording to the formul (b) Spośród wrtości prmetru R oblicznych n podstwie modeli (wzory 2, 4 i 7) njbrdziej zbliŝone do wyników pomiru otrzymuje się korzystjąc z modelu obliczeniowego krwędzi zokrąglonych (wzór 7). W tym modelu w przedziłch jego nieokreśloności (tj. dl kąt pochyleni powierzchni Θ = 9 deg i Θ = 27 deg i w ich otoczeniu) przyjęto wrtości zerowe. W zkresie powierzchni dolnych, dl których kąt pochyleni powierzchni Θ zwier się w przedzile od 9 deg do 18 deg, występują znczne róŝnice pomiędzy wrtościmi obliczonymi wynikmi pomiru. ZleŜność t występuje dl wszystkich modeli obliczeniowych. MoŜn przypuszczć, Ŝe spowodowne to jest tworzeniem się n tych powierzchnich dodtkowej wrstwy wynikjącej ze zjwisk przeregowni (overcure). T dodtkow wrstw niweluje efekt schodkowości djąc wyniki pomiru zncznie róŝniące się od wyliczeń modelowych. W tej wrstwie moŝn

11 Modelownie powierzchni elementów wykonywnych metodą stereolitogrfii 17 zuwŝyć duŝą zmienność wskźników pomiędzy poszczególnymi pomirmi, któr moŝe być spowodown dodtkowymi czynnikmi tkimi jk: pozostwione frgmenty konstrukcji podpierjącej n tej powierzchni orz wdy, które są chrkterystyczne dl tego typu powierzchni. Rys. 7. Wykres porównwczy wrtości prmetrów nierówności powierzchni obliczonych n podstwie modeli z wynikmi pomiru prmetru Rz i Sz: 1 - wrtości pomirowe prmetru Sz, 2 - wielomin proksymujący wrtości pomirowe prmetru Sz, 3 - wielomin proksymujący wrtości pomirowe prmetru Rz, 4 - wrtości pomirowe prmetru Rz, 5 - wyniki modelu obliczeniowego prostokątnego krwędzi ostrych prmetru Rz, 6 - wyniki modelu obliczeniowego krwędzi ostrych z pochyleniem profilu prmetru Rz, 7 - wyniki modelu obliczeniowego prostokątnych krwędzi zokrąglonych prmetru Rz, 8 - wyniki modelu obliczeniowego z pochyleniem profilu krwędzi zokrąglonych prmetru Rz Fig. 7. Comprison chrt surfce roughness vlues clculted from the model with the results of the mesurement of Rz nd Sz prmeter: 1 - mesured vlues of Sz prmeter, 2 - regression curve of pproximting the mesured vlues of Sz prmeter, 3 - regression curve of pproximting the vlue of the Rz prmeter mesuring, 4 - mesured vlues of prmeter Rz, 5 - the results of the clcultion model prmeter rectngulr shrp edges Rz, 6 - the results of the clcultion model of the tilting edge shrp profile prmeter Rz, 7 - the results of the clcultion model prmeter rectngulr rounded edge Rz, 8 - the results of the clcultion model with rounded edge profile tilt prmeter Rz Rysunek 7 przedstwi porównnie wrtości prmetru Rz uzysknego z modeli obliczeniowych z wrtościmi zmierzonymi. MoŜn n nim zuwŝyć znczny rozrzut pomiędzy zmierzonymi prmetrmi Rz i Sz, gdyŝ średni wrtość prmetru Sz jest o 4µm większ od prmetru Rz. MoŜn przypuszczć, Ŝe n mierzonej powierzchni poz regulrnymi elementmi profilu występują pojedyncze wzniesieni, które są mierzone

12 18 Stefn DZIONK głównie w ukłdzie topogrfii powierzchni. Powstwnie tego typu wzniesień spowodowne jest prwdopodobnie między innymi: znieczyszczeniem (włściwościmi) Ŝywicy, tworzącymi się n powierzchni pęcherzykmi powietrz. W literturze [5] moŝn znleźć brdziej szczegółowy opis powierzchni w pełnym zkresie zmienności kąt pochyleni powierzchni Θ. 4. PODSUMOWANIE Wykonując przedmioty metodą stereolitogrfii w ogrniczonym zkresie moŝn wpływć n wrtości prmetrów ich struktury geometrycznej powierzchni. Przewidując wrtości prmetrów struktury powierzchni przedmiotów nleŝy zwrócić uwgę n ogrniczeni w stosownych modeli obliczeniowych. W zkresie prmetrów średnich (R) elementów wykonywnych metodą stereolitogrfii modele ostrych krwędzi generują wyniki przeszcowne. Model zokrąglonych krwędzi jest brdziej precyzyjny, ntomist m wiele ogrniczeń i nieciągłości (nie modeluje pełnego zkresu pochyleni powierzchni). W zkresie prmetrów mksymlnych (Rz i Sz) dokłdność modelowni jest mniejsz. Ntomist rozgrniczjąc zkres zmienności kąt pochyleni powierzchni Θ n powierzchnie górne i dolne, to wyniki modelowni wrtości prmetru Rz są brdziej zbliŝone do wyników pomiru w zkresie powierzchni górnych. Znczne róŝnice pomiędzy wrtościmi prmetrów uzysknych z modelowni i pomirów dl powierzchni dolnych wynikją z dodtkowej wrstwy powstjącej z przeregowni Ŝywicy. Wdy w niej występujące wprowdzją duŝą przypdkowość w wrtościch pomirowych. MoŜn to zuwŝyć porównując pomirowy prmetr Sz z modelownym prmetrem Rz. N ten stn mją tkŝe wpływ inne czynniki, których nie uwzględniją modele obliczeniowe między innymi mogą to być: rodzj i lepkość polimeru (Ŝywicy), stopień jej znieczyszczeni, stopień rozproszeni plmki lser i inne. LITERATURA [1] CAMPBELL R.I., et l, 22, Surfce roughness for rpid prototyping models, Computer Aided Design, 34, [2] DAEKEON A., HOCHAN K., SEOKHEE L., 29, Surfce roughness prediction using mesured dt nd interpoltion in lyered mnufcturing, Journl of Mterils Processing Technology, 29, [3] DZIONK S., 21, Surfce roughness model for components creted by stereolithogrpfy method, Solid Stte Phenomen, Mechtronic Systems nd Mterils: Mterils Production Technology, 165, [4] DZIONK S., 213, Surfce structure of components creted by stereolithogrpfy, Solid Stte Phenomen, Mechtronic Systems nd Mterils: Mterils Production Technology, 199, [5] DZIONK S., 213, Modelownie i nliz nierówności powierzchni elementów wykonywnych metodą stereolitogrfii, Wydwnictwo Politechniki Gdńskiej, Gdńsk. [6] DZIONK S., PRZYBYLSKI W., 212, Chrkterystyk chropowtości powierzchni przedmiotów wykonywnych metodą stereolitogrfii, Archiwum Technologii Mszyn i Automtyzcji Produkcji, 2, 32, 83-91, ISDN

13 Modelownie powierzchni elementów wykonywnych metodą stereolitogrfii 19 [7] HONG S.B., KWAN H.L., 26, Determintion of optiml build direction in rpid prototyping with vrible slicing. Interntionl Journl Advnced Mnufcturing Technology, 28, [8] REEVES P.E., COBB R.C., 1997, Reducing the surfce devition of stereolithogrphy using in process techniques. Rpid Prototyping Journl, 3/1, SURFACE ROUGHNESS MODELLING OF ELEMENTS CREATED BY STEREOLITOGRAPHY METHOD Stereolithogrphy is n dditive rpid prototyping method. This method is bsed on the principle of solidifying liquid photopolymer (resin) by lser rdition. Models obtined with this method re chrcterized by specific surfce structure clled stirstep effect. It cuses tht, the surfce should be processed by dditionl finishing (postprocessing). To minimize the dditionl mchining process, the model should be set in the reltion to incrementl lyers so tht the roughness of significnt surfces ws optiml. In order to optimize this process, surfce roughness models of components re creted, which were mde using stereolithogrphy method. This pper presents the vrious models of surfce roughness described in the literture nd lso compres the consistency of mpping models with the ctul surfce.