光固化立體成型（SLA）原理

1、職業(yè)教育材料成型與控制技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程教案光固化立體成型（SLA/SL）原理制作人：楊兵兵陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院光固化立體成型（SLA/SL）原理1、 光固化立體成型（SLA/SL）光固化立體成型（SLA或SL，Stereolithography Apparatus），也稱光固化成型、立體光刻、立體平版印刷、激光掃描成型等。2、 光固化立體成型（SLA）技術(shù)的發(fā)展歷程光固化立體成型技術(shù)最早出現(xiàn)在1981年，日本名古屋市工業(yè)研究所的小玉秀男（Hideo Kodama）發(fā)表了題為“基于聚合物光固化法的三維塑料模型自動成型方法”（Automatic method for fab

2、ricating a three-dimensional plastic model with photo-hardening polymer）的研究論文，提出了一種利用紫外光照射光敏樹脂、分層堆積制造三維塑料模型的方法。1983年，美國人Chuck Hull制造了首個3D打印部件，成功發(fā)明了光固化立體成型技術(shù)，他在1984年申報了相關(guān)專利并于1986年獲批。1986年Chuck Hull等人聯(lián)合創(chuàng)立了世界上第一家生產(chǎn)3D打印設(shè)備的企業(yè)3D Systems公司，這是3D打印技術(shù)發(fā)展的一個里程碑，標(biāo)志著3D打印技術(shù)從研究階段進(jìn)入了實用階段。1987年，3D Systems推出全球首款商用3D打印

3、機(jī)SLA-1。有意思的是在Chuck Hull正式申報專利三周之前，有三個法國人也提交了關(guān)于光固化立體成型工藝的專利申請，但該發(fā)明專利后來被法國通用電氣公司（后來的阿爾卡特-阿爾斯通）和CILAS（激光工業(yè)有限公司）丟棄不用。光固化立體成型是利用紫外激光按照CAD分層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成的數(shù)控加工代碼逐點、逐層掃描液態(tài)紫外光敏樹脂材料，引發(fā)被輻射區(qū)域樹脂發(fā)生連鎖化學(xué)反應(yīng)，形成線性、交聯(lián)結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，從而使激光掃描軌跡上的液態(tài)樹脂固化，并通過逐層累積疊加制造出三維實體零件。1994年西安交通大學(xué)教授盧秉恒成立了先進(jìn)制造技術(shù)研究所，進(jìn)行光固化成型技術(shù)的研究。1995年9月18日，SLA樣機(jī)在國家科委論

4、證會上獲得很高的評價，并爭取到“九五”國家重點科技攻關(guān)項目250萬元的資助。1997年，盧秉恒團(tuán)隊賣出了國內(nèi)第一臺光固化快速成型機(jī)。3、 光固化立體成型（SLA）技術(shù)工作原理SLA技術(shù)的工作原理如圖所示。在樹脂槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂材料，成型過程開始時，可升降工作臺的上表面處于樹脂液面之下一個截面層厚的位置，聚焦后的紫外激光束在控制系統(tǒng)的控制下按零件的分層截面數(shù)據(jù)在液態(tài)樹脂表面進(jìn)行逐點掃描，使被掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)并瞬間固化，形成零件的一個截面層片；當(dāng)一層固化后，工作臺下移一個層厚的距離，樹脂槽中的液態(tài)樹脂自動流過并覆蓋已固化的截面層片，刮刀按照設(shè)定的層高作往復(fù)運動，刮去多余的樹脂，

5、緊接著進(jìn)行下一層掃描固化，由于激光硬化深度比一個層厚要深，新的固化層在成型的同時也與上一層結(jié)合為一體；如此反復(fù)直至整個工件制作完成。當(dāng)工件制作完成后，先將工件取出，將多余的樹脂排凈；然后去掉支撐，用酒精、丙酮等溶劑進(jìn)行清洗，然后再將工件放在紫外激光下進(jìn)行整體后固化，根據(jù)需要還可進(jìn)行噴砂、拋光、研磨等表面處理操作。4、 光固化立體成型（SLA）的優(yōu)點（1） 光固化立體成型是最早商業(yè)化的増材制造工藝，最為成熟，其他成型方法都以SLA技術(shù)作為參照基準(zhǔn)；（2） 采用激光掃描非接觸式加工，成型速度快；（3） 打印精度高，打印件的尺寸精度可以達(dá)到±0.1毫米以內(nèi)，國外先進(jìn)設(shè)備精度可達(dá)±

6、0.075毫米；（4） 平面分辨率高，可達(dá)4000DPI，相當(dāng)于平面打印位置分辨率6.35微米，能構(gòu)建復(fù)雜細(xì)微結(jié)構(gòu)；（5） 表面質(zhì)量較好，分層厚度最小可達(dá)25微米，也能有效減輕臺階效應(yīng)對側(cè)面精度的影響；（6） 可以直接加工用于精密鑄造的具有中空結(jié)構(gòu)的消失模，也可直接制成部分塑料功能零件或軟模的母模；（7） 可以制作有透明效果的制件。SLA技術(shù)具有成型速度快、加工精度高、表面質(zhì)量好、自動化程度高、以及系統(tǒng)運行相對穩(wěn)定等特點。主要應(yīng)用于打印結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求較高的工件。適合于制作中小型工件，能直接得到塑料產(chǎn)品；SLA技術(shù)使用的樹脂材料在700以上的溫度下可以完全燒蝕，可以代替蠟?zāi)Ｓ糜诰荑T造，也可

7、用于制作快速制模的母模。 5、 光固化立體成型（SLA）的缺點（1） SLA設(shè)備價格昂貴，使用維護(hù)成本高，對工作環(huán)境要求較高；（2） 成型材料主要為液態(tài)光敏樹脂，材料價格貴、種類較少，對存放環(huán)境有光線和溫度要求，液態(tài)樹脂材料有氣味和輕微毒性，人體接觸后容易發(fā)生皮膚過敏；（3） SLA打印件一般需要做后固化處理進(jìn)行二次固化，光敏樹脂固化后材質(zhì)較脆、容易斷裂，固化后一般不能進(jìn)行切削加工；（4） SLA打印件的強(qiáng)度、耐熱性和對光照射的抵抗力普遍較差，很難長時間保存；（5） SLA打印件在成型過程中穩(wěn)定性相對較低，相當(dāng)于膠質(zhì)狀態(tài)，制品上橫向凸出部分或懸臂結(jié)構(gòu)如果超出一定尺寸或角度范圍時，必須要合理設(shè)置支撐，支撐結(jié)構(gòu)需在工件打印結(jié)束后、未完全固化之前手工去除