专利名称：提高光固化快速成形树脂模型光弹灵敏度的方法
技术领域：
本发明属于实验力学，具体涉及到采用光敏树脂制作光弹模型的技术。
背景技术：
在实验力学中，光弹分析是一种全场性测量法，用这种方法能了解到结构物内应力(或位移)分布的全貌，能清晰地反映出应力集中现象，并能容易地定出最大应力值及其所在位置，方便地获得结构物的边界应力值。传统光弹模型的制作工艺主要是先通过制作模具来浇注模型，再辅以手工、机加工。这种传统的制作方法不但使得模型制作周期长、而且在光弹模型制作中省略了某些复杂的局部特征，导致在应力分析过程中出现失真现象，此外这项工作还是一项有毒作业。
光固化快速成形(RP)技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，它的问世可使模型或模具的制造周期缩短几倍乃至数十倍，可大大提高企业对市场的响应速度。采用光固化快速成形方法可以快速制造三维复杂模型，所使用的成形材料为液态的光敏树脂，在计算机控制下经激光选择固化后成形。这种光敏树脂材料通常有两部分组成，即光引发剂和树脂。采用光敏树脂材料代替环氧树脂制作光弹模型有很多优点，比如，制作精度高、工艺简单、节约时间、无毒作业等等。实验表明这种材料的光弹特性不如传统工艺中所使用的环氧树脂突出，具体体现在成形后材料的光弹灵敏度较弱，即材料的条纹值偏高。在光弹分析实验中，相同结构和载荷下，光敏树脂模型显示的条纹级数要明显低于环氧树脂模型，从而影响应力场的分析。因此采用光固化快速成形工艺的同时，提高光敏树脂模型光弹灵敏度的工艺方法，是影响该技术推广应用的关键技术。
发明内容
针对采用光固化快速成形的光敏树脂材料制作的光弹模型，其光弹特性不突出、灵敏度偏弱、以及材料在冻结温度下的条纹值偏高的缺点，本发明的目的是，采用模型后处理方法，提供一种提高光固化快速成形树脂模型光弹灵敏度的方法，使光敏树脂模型的光弹灵敏度得以有效提高，使其更加接近于环氧树脂材料，应用于光弹实验的应力场分析中。
本发明的方法和具体步骤如下
(1)将经光固化成形设备制作完成的光弹模型放入酒精溶液中，去除模型底部支撑，清洗掉附着在模型表面的残余光敏树脂液体；(2)在室温环境下，待模型表面酒精挥发后，放入紫外光干燥灯箱中，使没有固化充分的光敏树脂材料吸收紫外光的能量，达到完全固化成形；(3)将充分固化的模型放入电加热箱中进行热处理，电加热箱内温度以8～12℃/小时的速率由室温升至70～100℃，后进行恒温数小时，具体恒温时间视模型大小而定，最后自由降至室温。
所述室温是指温度范围18～25℃的环境温度。所述紫外光的波长为300-400nm。所述酒精溶液是指浓度为90-97％的医用酒精。
具体实施例方式
以下通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
1.将直径为35mm、厚度6mm的三维圆盘模型通过计算机将模型数据传输到光固化成形设备(如SLA-250)中，设备EC值(临界曝光因子)设定为10.5。驱动设备进行激光选择固化制作圆盘模型，光敏树脂固化温度为29℃，环境温度(室温)为22℃，激光功率为25mW。
2.将制作完成的圆盘模型放入在浓度为95％的酒精溶液中，去除模型底部支撑，清洗掉附着在模型表面的残余光敏树脂液体。
3.待圆盘模型表面酒精挥发后，放入紫外灯箱中，进行后固化。紫外灯箱的容积积为600×600×700mm，箱体内分布有6根40w功率、波长为325nm的紫外灯管。固化时间为1.5个小时。
4.将充分固化的圆盘模型放入电加热箱中，电加热箱的温升速率为12℃/小时，由室温22℃升至95℃，恒温2小时后自由降至室温。
光敏树脂材料的光弹模型已制作完成，可直接进行实验力学分析。将实验圆盘在115℃的冻结温度下，对径加载5kg载荷，缓慢降温将应力冻结在模型内部。然后将模型放入偏振光场中观察，其中心处的条纹级数为4.8。经过计算，经本技术方法处理后的模型，光敏树脂材料在冻结温度下的条纹值为0.75，较未做模型后处理降低22％。
本发明有益效果在于，模型的光弹特性显著提高，条纹级数明显高于未采用本方法的光敏树脂模型。经过本发明方法的光敏树脂材料，在常温下及冻结温度下材料的的条纹值显著降低，因此光弹灵敏度得到相应的提高。材料的热光曲线也更加合理，曲线的玻璃态、过渡态、高弹态三个阶段及阶段过渡明显，冻结温度点110-120℃清晰可见。
权利要求
1.提高光固化快速成形树脂模型光弹灵敏度的方法，其特征是由以下步骤完成(1)将经光固化成形设备制作完成的光弹模型放入酒精溶液中，去除模型底部支撑，清洗掉附着在模型表面的残余光敏树脂液体；(2)在室温环境下，待模型表面酒精挥发后，放入紫外光干燥灯箱中，使没有固化充分的光敏树脂材料吸收紫外光的能量，达到完全固化成形；(3)将充分固化的模型放入电加热箱中进行热处理，电加热箱内温度以8～12℃/小时的速率由室温升至70～100℃，然后进行恒温数小时，最后自由降至室温。
2.按照权利要求1所述的提高光固化快速成形树脂模型光弹灵敏度的方法，其特征是所述室温是指温度范围18～25℃的环境温度。
3.按照权利要求1所述的提高光固化快速成形树脂模型光弹灵敏度的方法，其特征是所述紫外光波长为300-400nm。
4.按照权利要求1所述的提高光固化快速成形树脂模型光弹灵敏度的方法，其特征是所述酒精溶液是指浓度为90-97％的工业酒精。
全文摘要
本发明涉及到提高光固化快速成形树脂模型光弹灵敏度的方法，由以下步骤完成将光固化成形的光弹模型放入在酒精溶液中，清洗掉模型表面残余的光敏树脂液体；待模型表面酒精挥发后，放入紫外光灯箱吸收紫外光的能量，达到完全固化成形；将充分固化的模型放入电加热箱中进行热处理，电加热箱内温度以8～12℃/小时的速率由室温升至70～100℃，然后进行恒温数小时，最后自由降至室温。本发明的特点是，模型的光弹特性显著提高，条纹级数明显高于未采用本方法的光敏树脂模型，本发明制作的光敏树脂材料，在常温及冻结温度下材料的条纹值显著降低，光弹灵敏度得到提高。热光曲线的玻璃态、过渡态、高弹态三个阶段及阶段过渡明显。
文档编号B29C71/00GK1760018SQ20051001511
公开日2006年4月19日 申请日期2005年9月20日 优先权日2005年9月20日
发明者陈光辉, 崔国起, 刁海, 刘奕, 赵咏 申请人:天津市天大银泰科技有限公司