SUPERVISOR
Seyed Mohsen Safavi,Mohammad Danesh
سید محسن صفوی (استاد راهنما) محمد دانش (استاد مشاور)
STUDENT
Ehsan Afiyoni zadeh esfahani
احسان افیونی زاده اصفهانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Design, Fabrication and Evaluation of Mask Projection Micro Stereolithography System
The goal of this research is to design, build and evaluate a mask projection micro stereolithography (MP?SL) system. MP?SL is an additive manufacturing process based on photopolymerization that uses digital light processing technology to selectively cure layers of photopolymer resin and fabricate a three dimensional part. In this research, the final performance of a MP?SL system is dependent on the sum of functional parts. These parts are as follows: Light source that produces the luminous energy and is projected onto the resin surface to selectively cure photopolymer. Conditioning optics that changes properties of the projected light for MP?SL applications. Dynamic mask that digitally patterns and projects incident light to selectively cure photopolymer. Projection orientation that is the position of the dynamic mask relative to the polymer container. Imaging optics that expand or reduce the projected image to achieve the desired image resolution. Recoat method that supplies liquid photopolymer over previous layers for the creation of new layers. Build platform that supports the object being made. Vertical actuator that repositions the build platform for creation of the new layers. Two different programs are needed for operating the manufacturing process. One program is controlled the stepper motor and one is used to display the sliced images. Photopolymer is the raw material used in MP?SL to fabricate three dimensional objects. In this process wavelengths of light between 380 to 420 nanometer are mostly used. Layer thickness and exposure time are important parameters in this system. Layer thickness and exposure time of resin are determined via working curve. A total of 90 disk with 14mm diameter are cured by the manufactured system. The exposure time was varied from 1 seconds to 8 seconds in incremental steps of 500ms. After solidification, the samples are cleaned with isopropyl alcohol and are dried by air. The thickness of the cured disks are then measured using a digital micrometer with an accuracy of ± 0.001mm and the corresponding working curve is plotted. Layer thickness must be equal to the cured depth. In this work, layer thickness is considered as 20 micron and exposure time as 0.66s. Performance of the photopolymer is determined via fabrication of a benchmark test part. Performance parameters consist of minimum feature size, xy plane accuracy, z-axis minimum feature size, and z-axis accuracy. These parameters should be determined via experiment for photopolymer resin. After determination of performance parameters, xy plane and z-axis dimensional error are specified. The minimum feature size is equal to 50 micron and the z-axis minimum feature size is equal to 20 micron. Furthermore xy plane dimensional error is equal to 0.707% and z-axis dimensional error is equal to 26.502%. Keywords: Mask projection micro stereolithography, Exposure time, Layer thickness, Benchmark test part, Performance parameters.
هدف از این پژوهش، طراحی، ساخت و ارزیابی سیستم میکرو استریو لیتوگرافی به روش تصویر کردن ماسک میباشد. میکرو استریو لیتوگرافی به روش تصویر کردن ماسک یکی از فرایندهای ساخت افزودنی بر مبنای فتوپلیمریزاسیون است که از فنّاوری پردازش دیجیتالی نور، بهمنظور انعقاد انتخابی لایههای رزین فتوپلیمر و ساخت یک قطعه سه بعدی، استفاده میکند. در این تحقیق، عملکرد نهایی سیستم میکرو استریو لیتوگرافی به روش تصویر کردن ماسک، به مجموع اجزا عملکردی آن بستگی دارد. این اجزا عملکردی عبارتند از: منبع نور که انرژی نوری تولید میکند و روی سطح رزین تصویر شده و بهصورت گزینشی فتوپلیمر را منعقد میکند. اصلاح کننده اپتیکی که خواص نور تصویر شده را برای کاربردهای میکرو استریو لیتوگرافی به روش تصویر کردن ماسک، تغییر میدهد. ماسک دینامیکی که بهصورت دیجیتال الگوسازی کرده و نور تابشی را بهمنظور منعقد کردن گزینشی فتوپلیمر تصویر میکند. جهت تصویر کردن که موقعیت ماسک دینامیکی نسبت به ظرف پلیمر میباشد. تصویرساز اپتیکی که بهمنظور دستیابی به رزولوشن مطلوب، تصویر را کوچک یا بزرگ میکند. روش اعمال لایه که مایع فتوپلیمر را در بالای لایههای قبلی، برای ایجاد لایههای جدید، تأمین میکند. پلت فرم ساخت که جسم ساخته شده را نگه میدارد. محرک عمودی که پلت فرم ساخت را برای ایجاد لایههای جدید، موقعیت دهی میکند. دو برنامه مختلف، برای اجرا کردن فرایند ساخت مورد نیاز است. یک برنامه، موتور پلهای را کنترل میکند و یکی، برای نمایش تصاویر برش خورده استفاده میشود. فتوپلیمر، ماده اولیهای است که در فرایند میکرواستریولیتوگرافی به روش تصویر کردن ماسک برای ساخت قطعه سه بعدی استفاده میگردد. در این فرایند اغلب از طول موج نور بین 380 تا 420 نانومتر استفاده میشود. جنبههای بسیاری وجود دارد که بر فرایند فتوپلیمریزاسیون اثر میگذارد که عبارتند از: فرمول رزین، جلوگیری توسط اکسیژن، باند طول موج نور تصویر شده، شدت، زمان پرتودهی و دما. ضخامت لایه و زمان پرتودهی از مهمترین پارامترهای سیستم میباشند. ضخامت لایه و زمان پرتودهی رزین از طریق منحنی کاری، تعیین میگردد. مجموعاً 90 دیسک با قطر 14 میلی متر، توسط ماشین منعقد میشود. زمان پرتودهی از 1 تا 8 ثانیه با گام 5/0 ثانیه تغییر میکند. پس از جامد شدن، نمونهها با ایزوپروپیل الکل شسته شده و با هوا خشک میشوند. ضخامت دیسکهای منعقد شده با استفاده از یک میکرومتر دیجیتال با دقت 001/0± اندازه گیری میشوند و بر اساس آن منحنی کاری رسم میگردد. ضخامت لایه باید با عمق انعقاد برابر باشد. در این پژوهش ضخامت لایه برابر با 20 میکرون و زمان پرتودهی برابر با 0.66 ثانیه در نظر گرفته شده است. عملکرد فتوپلیمر، از طریق ساخت یک قطعه محک سنجی مشخص میشود. پارامترهای عملکردی شامل حداقل ابعاد شکل، دقت صفحه xy، حداقل ابعاد در راستای z و دقت محور z میباشد که این پارامترها باید از طریق آزمایش برای رزین فتوپلیمر تعیین گردند. پس از تعیین پارامترهای عملکردی رزین، میزان خطای ابعادی صفحه xy و محور z تعیین شده است. حداقل ابعاد شکل، برابر با 50 میکرون و کوچکترین ابعاد در راستای z، برابر 20 میکرون میباشد. همچنین خطای ابعادی صفحه xy، برابر با 0.707 درصد و خطای ابعادی محور z، برابر با 26.502 درصد میباشد.ک لمات کلیدی: میکرو استریو لیتوگرافی به روش تصویر کردن ماسک، زمان پرتودهی، ضخامت لایه، قطعه محک سنجی، پارامترهای عملکردی.