淺論立體光刻工藝的研究進展

摘 要 光固化成型是一種增材制造快速成型技術。本文簡要介紹了光固化成型技術的原理，綜述了目前的研究現(xiàn)狀。

關鍵詞 光固化成型;材料;快速成型

光固化成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA）也被稱為立體光刻成型，屬于快速成型技術中的一種，簡稱為SLA，有時也稱為SL。光固化成型技術主要是使用光敏樹脂作為原材料，通過特定波長與強度的激光（紫外光）聚焦到光固化材料表面，使之由點到線、由線到面的順序凝固，從而完成一個層截面的繪制工作。然后在垂直方向上升降打印臺一個層厚單位的高度。接著再照射固化下一個層面。這樣循環(huán)完成固化、移動的過程，從而層層疊加完成一個三維實體的打印工作。

1技術原理

SLA的工作原理概述為：在計算機控制下，紫外激光部件按設計模型分層截面得到的數(shù)據(jù)，對液態(tài)光敏樹脂表面逐點掃描照射。使被照射區(qū)域的光敏樹脂薄層發(fā)生聚合反應而固化，從而形成一個薄層的固化打印操作。當完成一個截面的固化操作后，工作臺沿Z軸下降一個層厚的高度。由于液體的流動特性，打印材料會在原先固化好的樹脂表面自動再形成一層新的液態(tài)樹脂。因此照射部件便可以直接進行下一層的固化操作。新固化的層將牢固地結合在上一層固化好的部件上。循環(huán)重復照射、下沉的操作，直到整個部件被打印完成。但在打印完成后，還必須將原型從樹脂中取出再次進行固化后處理，通過強光、電鍍、噴漆或著色等處理得到需要的最終產品。

2技術發(fā)展情況分析

蔣三生[2]以國產光敏樹脂為打印材料，基于立體光刻 （SLA） 光固化技術制備實驗樣品，研究了激光功率、光斑直徑、切片厚度和填充掃描速度幾個 SLA 工藝參數(shù)對樣品的打印時間、密度、尺寸偏差、表面粗糙度和彎曲強度的影響。結果表明，基于 SLA 技術打印的實驗樣品，其密度和彎曲強度的大小主要由材質本身決定;打印時間與切片厚度幾乎成反比例函數(shù)關系;樣品尺寸偏差的絕對值隨著切片厚度的增加呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，表面粗糙度隨著切片厚度的增加而增大。

李東方[3]等介紹了傳統(tǒng)光固化成型技術在數(shù)據(jù)格式、光斑補償?shù)染确矫娴难芯?。對噴射固化成型技術 、面曝光光固化成型技術 、 光敏樹脂的研究進行了闡述 ，并介紹了最新的CLIP 技術。

李晶晶[4]等提出為了獲得性能優(yōu)異的立體光固化成型 （SLA） 制件，以 SZUV–W8001P 型光敏樹脂為打印材料，基于 SLA光固化 3D 打印機制備了不同工藝參數(shù)下的標準拉伸、彎曲及沖擊試樣，探究了打印層厚、填充掃描速度、填充線距及后固化時間等工藝參數(shù)對 SLA 成型試樣力學性能的影響。

司馬建高[5]等論述了SLA 3D打印在熔模鑄造領域中的應用以及具體的工藝過程，重點研究了薄壁鑄件脹殼的問題，并結合實例提供了解決方案。

專利文獻CN 210415532 U提出一種基于并行機構的高精度SLA激光3D打印機。包括打印裝置、SLA激光裝置以及用于控制激光運動的基于Stewart平臺的控制裝置;該實用新型結構簡單、易于操作;激光頭裝在Stewart平臺上實現(xiàn)激光束的各種角度轉動掃描，使被掃描區(qū)的樹脂薄層產生光聚合反應后固化。

專利文獻CN 110757800 A提出一種工業(yè)SLA激光3D打印機，旨在提供一種自動化程度高、組裝方便和加工效率高的工業(yè)SLA激光3D打印機。其包括機架和設置于所述機架內的工作臺，所述工作臺上內嵌有料斗，所述工作臺上設置有Z軸機構，所述Z軸機構的正面設置有位于所述料斗上方的網(wǎng)板托盤升降機構，所述料斗的兩端之間設置有往返刮刀機構，所述機架的上端設置有激光組件，所述激光組件的激光正對著料斗，所述機架上還設置有懸臂操作箱。

3結束語

3D打印已經為傳統(tǒng)的加工方式帶來了變革，SLA作為其主流技術之一已獲得廣泛應用。光敏樹脂材料作為SLA加工的關鍵環(huán)節(jié)，對其不斷研發(fā)應用必定會為3D打印技術的更廣泛推廣提供助力。

參考文獻

[1] 李博等.3D打印技術[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2017：7-8.

[2] 蔣三生.基于SLA成型的光敏樹脂3D打印工藝及性能[J].工程塑料應用，2019，47（1）：76-81.

[3] 李東方.光固化快速成型技術的進展及應用[J].北京工業(yè)大學學報，2015，41（12）：1769-1774.

[4] 李晶晶.工藝參數(shù)對SLA成型制件力學性能的影響[J].工程塑料應用，2019，47（10）：75-79.

[5] 司馬建高.SLA3D打印技術在熔模鑄造中的應用[J].特種鑄造及有色合金，2018，38（4）：379-381.

作者簡介

馮淑瑩（1985-），女，廣東廣州人;職稱：審查員，助理研究員，現(xiàn)就職單位：國家知識產權局專利局專利審查協(xié)作廣東中心材料工程發(fā)明審查部，研究方向：材料成型加工。