光固化3D打印快速成型技術(shù)

周鵬+郭龍+賴書城+馬玲+周倩+司朝維

摘 要：立體光固化成型法是研究最深入、應(yīng)用最廣泛的一種快速成形技術(shù)，其工藝是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。針對(duì)單件批量復(fù)雜形狀產(chǎn)品的快速制造問題，開展了基于光固化快速成型技術(shù)的3D打印技術(shù)研究，該研究結(jié)果可為后續(xù)開展3D打印應(yīng)用技術(shù)研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：光固化；快速成型；3D打印技術(shù)；液態(tài)光敏樹脂

中圖分類號(hào)：TB324；TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）04-00-02

0 引 言

SLA是“Stereo Lithography Apparatus”的縮寫，即立體光固化成型法。SLA 3D打印快速成型技術(shù)是一種以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，以液態(tài)光敏樹脂為材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，光固化快速3D打印技術(shù)在人類發(fā)展中愈加重要，其重要性可與電腦相媲美。快速3D打印技術(shù)不需要在工廠進(jìn)行操作，意味著無(wú)需機(jī)械加工或者任何模具，此舉不僅提高了生產(chǎn)效率還降低了生產(chǎn)成本，在3D打印的基礎(chǔ)上，SLA光固化成型技術(shù)對(duì)其做出了更進(jìn)一步的改善，成為現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 光固化3D打印技術(shù)立體光固化成型技術(shù)簡(jiǎn)介

光固化3D打印技術(shù)立體光固化成型法利用激光照射光敏樹脂材料，使液態(tài)樹脂快速凝固成型，具備高精度、高成型質(zhì)量的特點(diǎn)，可以加工一些結(jié)構(gòu)外形比較復(fù)雜或使用傳統(tǒng)手段難于成型的一些原型和模具。如今3D打印存在的問題是速度不快，費(fèi)時(shí)且耗材，而SLA光固化成形3D打印技術(shù)可以更為直觀的了解產(chǎn)品形態(tài)。

SLA光固化成形3D打印技術(shù)已普遍存在，其優(yōu)勢(shì)顯而易見，如打印精度較高、復(fù)雜零件制作方便、節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)周期、人工費(fèi)用降低、少量多品種需求優(yōu)勢(shì)明顯等。雖然受打印設(shè)備、打印耗材及技術(shù)方面的制約，打印出來(lái)的產(chǎn)品在精度和力學(xué)性能方面還不能完全替代傳統(tǒng)的制造業(yè)，但可與傳統(tǒng)制造業(yè)形成互補(bǔ)。目前國(guó)內(nèi)外廠商正在研發(fā)收縮小、固化快、強(qiáng)度高的光敏材料，也正是這些因素，使SLA光固化成形3D打印機(jī)在國(guó)內(nèi)的普及越來(lái)越快。

研究的目的是探索光固化高精度3D打印技術(shù)SLA的原理，深入了解SLA技術(shù)，最后熟練使用SLA技術(shù)打印我們理想的模型。

2 光固化3D打印技術(shù)立體光固化成型技術(shù)原理

在液槽中充滿液態(tài)光敏樹脂，其在激光器所發(fā)射的紫外激光束照射下會(huì)快速固化。在成型開始時(shí)，可升降工作臺(tái)處于液面以下，為一個(gè)截面層厚的高度。通過(guò)透鏡聚焦后的激光束，按照機(jī)器指令將截面輪廓沿液面進(jìn)行掃描。掃描區(qū)域的樹脂快速固化，從而完成一層截面加工過(guò)程，得到一層塑料薄片。然后工作臺(tái)下降一層截面層厚的高度，再固化另一層截面。這樣層層疊加即可建構(gòu)三維實(shí)體。打印原理如圖1所示。

3 光固化3D打印快速成型的應(yīng)用

在鑄造行業(yè)，光固化3D打印快速成型可以快速、低成本的制作壓蠟?zāi)＞撸谱鳂渲勰Ｒ蕴娲炐?。在砂型鑄造中用樹脂模具代替木模，可有效提升復(fù)雜、薄壁、曲面等結(jié)構(gòu)鑄件的質(zhì)量和成型效率。在工程設(shè)計(jì)業(yè)，用于測(cè)試模型制作。在醫(yī)學(xué)方面，可用于三維人體及器官?gòu)?fù)制，假體的制作、復(fù)雜外科手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃模擬、牙齒種植導(dǎo)板制作。光固化3D打印快速成型技術(shù)為快速鑄造、小批量鑄造、復(fù)雜件鑄造等問題提供了有效的解決方法。

4 目前SLA 3D打印裝置的問題和解決

4.1 SLA 3D打印裝置面臨的問題

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，基于SLA的3D打印機(jī)設(shè)備功能越來(lái)越強(qiáng)大，但現(xiàn)有的SLA原理的3D打印機(jī)（激光快速成型機(jī)）外形結(jié)構(gòu)比較大，一般左右兩部分呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，左邊為加工成型部分，右邊為顯示控制及電氣控制柜部分，設(shè)備整體結(jié)構(gòu)較大，內(nèi)部空間利用率低，外形占地面積大，很小的機(jī)型也需要較大空間擺放，為設(shè)備的包裝、運(yùn)輸帶來(lái)困難，成本增加，且由于現(xiàn)有設(shè)備的長(zhǎng)寬尺寸超出常規(guī)的房間門寬尺寸，需要破壞墻體或者改門，造型亦不美觀。因此，如何設(shè)計(jì)一種基于SLA的多功能光固化3D打印裝置，成為我們當(dāng)前要解決的問題。

4.2 解決方法

針對(duì)目前存在的問題，提出一種實(shí)用新型基于SLA的多功能光固化3D打印裝置。該種基于SLA的多功能光固化3D打印裝置，設(shè)備主體成單體結(jié)構(gòu)狀，將LCD觸摸控制面板獨(dú)立設(shè)置，方便控制和操作，將掃描裝置置于樹脂槽上，大幅度減小設(shè)備主體的外部尺寸，設(shè)備占地空間減小，設(shè)備制造加工成本大幅度降低，也便于包裝和運(yùn)輸，以及便捷維護(hù)，而可掃描裝置的掃描面積變大，滿足了客戶對(duì)大尺寸工件打印的要求，且設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，快速成型和制造系統(tǒng)縮短了產(chǎn)品開發(fā)流程，相較于傳統(tǒng)工藝流程節(jié)省了大量時(shí)間和資金。

5 結(jié) 語(yǔ)

SLA光固化成形3D打印技術(shù)已進(jìn)入各行各業(yè)，在時(shí)代的發(fā)展中其重要性愈加凸顯，可以大膽的想象，在未來(lái)，我們將不再需要大規(guī)模的生產(chǎn)線，不再需要寸步不離的守候在機(jī)床旁，不再需要大量的人力物力，不再產(chǎn)生大量的工業(yè)廢物。3D打印技術(shù)將從根本上改變傳統(tǒng)制造業(yè)模式，將設(shè)計(jì)領(lǐng)域提高到一個(gè)新的高度。

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