بهينه‌سازي زبري سطح در فرايند استريوليتوگرافي

Optimization of surface roughness in stereolithography

فرايند استريوليتوگرافي به دليل دارا بودن هم‌زمان دقت و استحكام، بيشترين سهم را در ايجاد قالب‌هاي تزريق پلاستيك و نمونه‌‌هاي ريخته‌گري در خلا و ديگر زمينه‌ها از ميان شاخه‌هاي مختلف نمونه‌‌سازي سريع داراست. با اين حال يكي از اصلي‌ترين محدوديت‌هاي آن كيفيت پايين سطح ايجاد شده است. در اين پروژه تاثير پارامترهاي فرايند و جهت قرارگيري نمونه‌ بر كيفيت سطح بررسي شد؛ بنابراين نمونه‌‌هايي در شرايط مختلف زاويه سطح، فاصله هاشور و زمان بازپخت ايجاد شده و پارامترهاي زبري سطح به دو روش تماسي و غير‌تماسي اندازه‌گيري شد. نمونه‌ها دراي زاويه سطح دربازه 0 تا 180 درجه با گام 2 درجه بودند. زمان‌هاي بازپخت درنظر گرفته شده 20، 50 و 80 دقيقه و مقدار فاصله هاشور 50، 75، 100 و 125 ميكرومتر است. در روش غير‌تماسي به كمك ميكروسكوپ ديجيتالي، پروفيل سطح به‌دست آمده و سپس زبري سطح به كمك نرم‌افزار متلب محاسبه شد. در نهايت به‌كمك تحليل آناليز واريانس رابطه رياضي بين ورودي‌ها و پاسخ‌ها ايجاد شد. نتايج نشان داد كه با افزايش فاصله هاشور، زبري سطح افزايش مي‌يابد و زبري سطح در سطوح بالايي، با افزايش زاويه سطح ابتدا با سرعت افزايش و سپس كاهش مي‌يابد. در سطوح پايين با افزايش زاويه، زبري سطح به آرامي افزايش يافته و سپس كاهش مي‌يابد. همچنين به‌نظر مي‌رسد تغييرات زبري مستقل از زمان بازپخت است. مقايسه داده‌هاي واقعي با پيش‌بيني‌هاي صورت گرفته توسط مدل ايجاد شده نشان مي‌دهد كه خطاي پيش‌بيني كمتر از 14% است.

Stereolithography has the most portions through rapid prototyping techniques in injection molding and vacuum casting manufacturing because of simultaneously possessing dimensional accuracy and strength. However, low surface finish and appearance of stair-step phenomenon restrict extensive of use of this process. In this research, the influence of process parameters and part orientation on surface finish was studied. For this purpose parts were built in various conditions of surface angle, hatch space and post curing time. Surface roughness was measured by contact and non-contact method. Surface angle was in 0-180 degree range by 2 degree step. Considered post curing time was 20, 50 and 80 minutes and hatch spacing was 50, 75, 100 and 125 micrometer. In non-contact method using digital microscope, surface profile was obtained and then surface roughness calculated using MATLAB software. Finally, using Analysis of Variance (ANOVA) a mathematical model has been developed among parameters and responses. Results showed that surface finish has reverse relation with hatch space and is almost independent of post curing time. Surface roughness in up- facing increases swiftly with surface angle enhancement and then drops. In down- facing surface roughness increases slowly with surface angle enhancement and then falls. Comparison of real dates with estimated values showed that estimation average error is less than 14 percent.