科普:3D打印技术原理之SLA3d打印技术 SLA3D打印工艺概述 

3D打印技术 /[技术原理]
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    SLA是属于还原光聚合族的增材制造工艺。在SLA中,通过使用紫外(UV)激光束逐层选择性地固化聚合物树脂来产生物体。SLA中使用的材料是液态形式的光敏热固性聚合物。光固化成型工艺,也常被称为立体光刻成型,英文的名称为StereoLithography,简称SL,也有时被简称为SLA(StereoLithography Apparatus),该工艺是由Charles Hull于1984年获得美国专利,是最早发展起来的快速成型技术。自从1988年3D Systems公司最早推出SLA商品化快速成型机以来,SLA已成为最为成熟而广泛应用的RP典型技术之一。它以光敏树脂为原料,通过计算机控制紫外激光使其凝固成型。这种方法能简捷、全自动地制造出历来各种加工方法难以制作的复杂立体形状,在加工技术领域中具有划时代的意义。
一、SLA3d打印技术的成型原理

    盛满液态光敏树脂,氦-镉激光器或氩离子激光器发出的紫外激光束在控制系统的控制下按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐点扫描,使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化,形成零件的一个薄层。一层固化完毕后,工作台下移一个层厚的距离,以使在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂,刮板将粘度较大的树脂液面刮平,然后进行下一层的扫描加工,新固化的一层牢固地粘结在前一层上,如此重复直至整个零件制造完毕,得到一个三维实体原型。
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二、SLA3d打印技术的工艺过程

    光固化快速原型的制作一般可以分为前处理、原型制作和后处理三个阶段。前处理阶段主要是通过CAD设计出三维实体模型,对原型进行数据转换、摆放方位确定、施加支撑和利用离散程序将模型进行切片处理,设计扫描路径,产生的数据将精确控制激光扫描器和升降台的运动,实际上就是为原型的制作准备数据;原型制作就是在专用的光固化快速成型设备系统上进行光固化成型。在原型制作前,需要提前启动光固化快速成型设备系统,使得树脂材料的温度达到预设的合理温度,激光器点燃后也需要一定的稳定时间。设备运转正常后,启动原型制作控制软件,读入前处理生成的层片数据文件就可以启动叠层制作了。整个叠层的光固化过程都是在软件系统的控制下自动完成的,所有叠层制作完毕后,系统自动停止。后处理,在快速成型系统中原型叠层制作完毕后,需要进行剥离等后续处理工作,以便去除废料和支撑结构等。

三、SLA3d打印工艺的优势、劣势

SLA 技术的优势
1.光固化成型法是最早出现的快速原型制造工艺,成熟度高,经过时间的检验。
2.由CAD数字模型直接制成原型,加工速度快,产品生产周期短,无需切削工具与模具。
3.可以加工结构外形复杂或使用传统手段难于成型的原型和模具。
4.使CAD数字模型直观化,降低错误修复的成本。
5.为实验提供试样,可以对计算机仿真计算的结果进行验证与校核。
6.可联机操作,可远程控制,利于生产的自动化。

SLA 技术的缺陷
1.SLA系统造价高昂,使用和维护成本过高。
2.SLA系统是要对液体进行操作的精密设备,对工作环境要求苛刻。
3.成型件多为树脂类,强度,刚度,耐热性有限,不利于长时间保存。
4.预处理软件与驱动软件运算量大,与加工效果关联性太高。
5.软件系统操作复杂,入门困难;使用的文件格式不为广大设计人员熟悉。

四、SLA 的发展趋势与前景

SLA技术主要用于制造多种模具、模型等;还可以在原料中通过加入其它成分,用SLA原型模代替熔模精密铸造中的蜡模。SLA技术成形速度较快,精度较高,但由于树脂固化过程中产生收缩,不可避免地会产生应力或引起形变。因此开发收缩小、固化快、强度高的光敏材料是其发展趋势。立体光固化成型法的的发展趋势是高速化,节能环保与微型化。不断提高的加工精度使之有最先可能在生物,医药,微电子等领域大有作为。

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