河北工程大学大学生创新创业训练计划项目申请书项目编号项目名称光固化技术与3D打印机项目类型：创新训练项目创业训练项目创业实践项目项目主持人李会联系电话18303011899所在学院理学院学号 120470111 专业班级应物 1201 指导教师E- ma i l申请日期起止年月河北工程大学填写说明1、本申请书所列各项内容均须实事求是，认真填写，表达明确严谨，简明扼要2、申请人可以是个人，也可为创新团队，首页只填主持人，均为参加项目的学生。“项目编号”一栏不填。3、本申请书为大16 开本（ A4），左侧装订成册。可网上下载、自行复印或加页，但格式、内容、大小均须与原件一致。4、主持人所在学院认真审核, 经初评和答辩，签署意见后，将申请书（一式两份）报送大学教务处。一、 基本情况项目 名称光固化技术与 3D打印机所属 学科应用物理学申请 金额1000 元起止年月2015 年 5 月至 2016 年 5 月主持人 姓名李会性别女 民族汉族出生年月1993年 5 月学号120470111联系 电话宅：朝阳楼 504 手机:18303011899指导 教师联系 电话宅：03108579774 手机:15128899200 主持人曾经参与 科研的情况2012-2013 学年荣获理学院科研立项二等奖 2013-2014 学年荣获河北工程大学数学建模二等奖 2013-2014 学年参与河北省创青春大赛 2013-2014 学年参与第五届全国大学生物理学术竞赛指导教师承担科 研课题情况主持河北省自然科学基金一项，名称：基于金属波带片的折衍混合型超分辨直写光刻研究，编号：A2013402069，时间： 2013.01-2015.12。指导教师对本项 目的支持情况项 目 组 主 要 成 员姓名学号专业班级所在学院项目中的分工张伟隆120470120 应用物理学 1201 理学院模型 CAD优化、 数据前处理马志越120150203 国际经济与贸易 1202 经管学院光固化技术（材 料部分）张秋阳120470116 应用物理学 1201 理学院光固化技术（紫 外光源部分）韩泽平140510328 测绘工程 1403 资源学院实验装置设计二、 立项依据（可加页）（一） 研究目的光固化快速成型技术是项节能和清洁环保型技术，利用光固化快速成型技 术实现对零件设计与构造。（二） 研究内容通过应用光固化快速成型技术、模型CAD 优化设计技术、数据模型前处理技 术、成型工艺参数设计、光固化原型后处理技术设计3D打印设备，实现对零件的 设计与构造。（三） 国、内外研究现状和发展动态2000年底以色列的 Object Geometries公司推出了基于3DInk-Jet 与光固化 工艺的 3D打印机 Quadra 。2015 年，国内外多家机构与公司先后推出基于光固化 技术的 3D打印设备。 Carbon3D公司展示了其超快的DLP 3D打印技术“ CLIP”， 该公司声称他们的打印速度是现有3D打印技术的 25 至 100 倍。上海普利生 （Prismlab ）公司声称自己独立开发的MFP光固化技术（已经申请专利）成型速 度比国内外同类产品快5-10 倍，打印输出能力是国内外设备的15 倍！该公司目 前已经推出了三款锐打品牌的系列设备，分别是锐打200、锐打 400、锐打 600。 其中最大的锐打 600 每小时的打印输出量可达1.5 公斤。目前大多数公司的3D打 印设备特别适合打印概念模型和模具母模，不能打印精度高、质量好的实体零件。20世纪 80 年代中后期发展起来的快速成型技术一出现就受到极大关注，经过 二十几年的发展，先后出现了十几种不同的技术，第一类是基于激光技术的快速 成型技术（传统的快速成型技术），第二类是新一代的快速成型技术，其中光固 化 3D打印快速成型技术被认为是快速成型技术行业中最有生命力的新技术之一， 具有良好的发展潜力和广阔的应用前景。（四） 创新点与项目特色光固化 3D打印技术是制造业领域正在迅速发展的一项新技术，被称为“具有 工业革命意义的制造技术”。 光固化 3D打印技术与传统的通过铸造、 锻压、切削、 打磨等工艺实现产品成型的过程具有本质区别，仅利用3D设计数据在一台设备上 即可快速而精确地制造出任意复杂形状的零件，且无需模具，产生极少的废料， 有效缩短加工周期，易于实现单件小批量复杂形状产品的快速制造，在非批量化 生产中具有明显的成本和效率优势。项目创新点：利用光固化技快速成型技术实 现对零件的设计与构造可以快速制作出大量的符合要求的零部件，制作周期短， 节约原材料，并可以利用CAD 技术很方便的修改3D模型。（五） 技术路线、拟解决的问题及预期成果光固化快速成型技术是目前加工精度最高的一种3D打印技术，它的成型原理 为：以液态光敏树脂为加工材料，计算机控制紫外激光束按加工零件的分层截面 信息逐层对光敏树脂进行扫描，使其产生光聚合反应，每次固化形成零件的一个薄层截面；每一层固化完毕之后，工作平台移动一个层厚的高度，然后在原先固 化好的树脂表面再涂敷一层新的液态树脂，以便进行下一层扫描固化；新固化的 一层牢固的粘合在前一层上，如此重复直至零件原型制造完毕。 模型 CAD 优化设计技术 模型 CAD优化设计技术主要包括模型缩放以及抽壳设计。模型缩放主要是指 在快速铸造等应用场合时，因为金属铸造零件不可避免地存在收缩现象，需对零 件模型进行预缩放处理。其中，缩放比率与材料种类及具体的铸造工艺有关，需 要通过实验获得铸件的综合收缩率，据此确定零件模型的缩放量。抽壳设计是指 为了节约 3D打印材料、提高零件制作速度，对零件3D模型进行轻量化优化设计， 形成一定壁厚的中空结构，且在保证强度的条件下应尽可能减小壁厚。特别是在 快速精密铸造应用场合，树脂原型作为熔模在沾浆、撒砂制壳后需要通过焙烧来 气化烧蚀掉树脂原型，此时树脂原型受热膨胀有可能胀裂型壳。因此，在保证基 本强度的条件下，模型抽壳壁厚应尽可能小，以尽量减少树脂原型受热膨胀对型 壳造成的张力和冲击力。 数据模型前处理技术 数据模型前处理技术主要包括选择成形方向以及支撑设计。选择成形方向是 指将模型合理地布置在3D打印机工作平台上，即模型造型方向定位。 成形工艺参数设计 成形工艺参数设计主要包括激光束填充扫描速度设定以及光斑补偿直径设 定。其中，激光束填充扫描速度越小，则成形截面上每一点处激光照射时间越长， 固化效果越好，零件固化硬度越高，但零件成形效率降低。具体的激光束填充扫 描速度需根据零件制作效果并兼顾零件制作时间设定，如果已制作的零件较软， 则需要适当降低扫描速度以提高零件固化硬度。 光固化原型后处理技术 光固化原型后处理技术主要包括清洗、去除支撑、后固化以及表面打磨等等， 通过合理的后处理工艺可以有效提高原型件的尺寸精度、强度、硬度、表面质量 等性能。其中，清洗是指用酒精溶液清洗掉残留在树脂原型上的液态树脂；去除 支撑是指去掉因加工工艺需要而生成的辅助支撑，内部支撑可以不去除；后固化 是指将树脂原型放到后固化箱中进行紫外光照射，以便进一步提高原型强度；表 面打磨是指用水砂纸打磨原型件表面以提高表面粗糙度和尺寸精度，特别是附着 有支撑的部位以及台阶效应明显的部位。 常规的光固化快速成型技术只适合打印桁架结构的概念模型和模具母模，不 能打印高精度高质量的实体零件。 通过以上技术实现零件的设计与构造，达到快速制作高精度高质量的零件的目的。（六） 项目研究进度安排（仅作参考）第一阶段对目前光固化 3D打印技术进行充分调研 第二阶段深入研究光固化成型原理，并设计光固化3D打印模型 第三阶段模型 CAD优化设计技术和数据模型前处理技术的研究 第四阶段结合实际参数，对光固化3D打印机的搭建给出合理建议。（七） 已有基础1. 与本项目有关的研究积累和已取得的成绩（研究积累！）（1）团队成员对快速成形技术进行了深入的研究，曾制作过基于熔融沉积快速成 形技术的 3D打印机（2）团队成员对 CAD 计算机辅助设计有丰富的制模经验，对相关CAD 技术有深入 的了解与研究。 （3）团队掌握了大量的与光固化技术和快速成形技术相关的文献资料。2. 已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法已具备的条件 : 团队有实验研究场地（ A8-504），大量的工具和部分相关的实验器 材。有大量的光固化技术、快速成型技术方面的研究资料。团队人员分工明确， 有应用物理学，测绘工程，国际经济与贸易三个专业的学生。 尚缺少的条件：设备及材料不足，紫外线设备、光敏树脂、国标铝材等，解决方 法：申请资金购买三、 经费预算开支科目预算金费（元）主要用途阶段下达经费计划（元）前半阶段后半阶段预算经费总额学校批准经费四、 指导教师意见导师（签章）：年月日五、 学院意见专家组组长（签章）：年月日六、 学校意见负责人（签章）：年月日七、 大学生创新创业训练计划领导小组审批意见负责人（签章）：年月日