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      3D打印SLA光固化成型技術介紹

      快速成型(Rapid Prototyping)技術是20世紀80年代發展起來的一種新型制造技術。與傳統的切削加工不同,RP采用逐層材料累加法加工實體模型,故也稱為增材制造(AdditiveManufacturing,AM)或分層制造技術(Layered Manufacturing Technonogy,LMT)。

      快速成型Rapid Prototyping)技術是20世紀80年代發展起來的一種新型制造技術。與傳統的切削加工不同,RP采用逐層材料累加法加工實體模型,故也稱為增材制造(AdditiveManufacturing,AM)或分層制造技術(Layered Manufacturing Technonogy,LMT)。RP是計算機技術、數控技術、材料科學、激光技術、機械工程技術集成的結晶。RP概念可以追溯到1892年美國的一項采用層合方法制作三維地圖模型的專利技術。1979年,日本東京大學生產技術研究所的中川威雄教授發明了疊層模型造型法,1980年小玉秀男又提出了光造型法。SLA方法由Chuck Hull1986年獲美國專利。1988年,美國3D Systems公司率先推出了世界上第一臺商用快速成型系統——光固化成型SLA-1,并以30%40%的年銷售增長率在世界市場出售。O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      1. SLA工藝簡介O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      光固化成型技術又稱立體光刻造型技術(Stereo Lithography Appearance,SLA)。它主要采用液態光敏樹脂原料,通過3D設計軟件(CAD)設計出三維數字模型,利用離散程序將模型進行切片處理,設計掃描路徑,按設計的掃描路徑照射到液態光敏樹脂表面,分層掃描固化疊加成三維工件原型。O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      光固化成型技術是基于液態光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態材料在一定波長和強度的紫外光(如入=325nm)的照射下能迅速發生光聚合反應,分子量急劇增大,材料也就從液態轉變成固態。液槽中盛滿液態光固化樹脂,激光束在偏振鏡作用下在液態樹脂表面進行掃描,光點照射到的地方,液體就固化。成型開始時,工作平臺在液面下一個確定的深度,聚焦后的光斑在液面上按計算機的指令逐點掃描固化。當一層掃描完成后,未被照射的地方仍是液態樹脂,然后升降臺帶動平臺下降一層高度,刮板在已成型的層面上又涂滿一層樹脂并刮平,然后再進行下一層的掃描,新固化的一層牢固地粘在前一層上,如此重復直到整個零件制造完畢,得到一個三維實體模型。O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      具體的工作步驟如下:O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      1)將液態的光敏樹脂材料注滿打印池。O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      2)打印平板升起,直到距離液體表面一個層厚的位置時停下。O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      3)水平刮板沿固定方向移動,將液體表面刮成水平面。O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      4)激光器生成激光束,通過透鏡進行聚焦后照射在偏振鏡上,此時偏振鏡根據切片截面路徑自動產生偏移,這樣光束就會持續地依照模型數據有選擇性地掃描在液面,由于樹脂的光敏特性,被照射到的液態樹脂逐漸固化。O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      5)在固化完成后,打印平板自動降低一個固定的高度(一個層厚),水平刮板再次將液面刮平,激光再次照射固化,如此反復,直至整個模型打印完成。O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      光固化成型技術的優點是精度高,可以表現準確的表面和平滑的效果,精度可以達到每層厚度0.05~0.15mm。其缺點則為可以使用的材料有限,并且不能多色成型。O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      2. SLA技術的最新進展O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      當前SLA技術的進展主要體現在以下幾個方面:O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      1)軟件技術O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      隨著越來越多的原型要在快速成型機上加工,RP數據處理軟件的性能在提高工作效率、保證加工精度等方面變得越來越重要。因為雖然快速成型機的加工過程是自動進行,不需要人工干預,但RP的數據處理卻要由人來完成,特別是由于目前通行的STL文件總存在這樣那樣的問題。當操作員手中有大量的原型要在短時間內加工出來時,數據處理就成了瓶頸,并且稍有疏漏,可能會導致一批零件的加工失敗。數據處理應具備如下基本功能:①STL文件的修補:多個加工文件的定位、定向;支撐設計;切片操作。成型機生產廠商自己開發的數據處理軟件已很難滿足要求,一些通用的RP軟件應運而生,其中最著名的是比利時Materialise公司開發的Magics RP。O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      2)激光技術的進步使成型速度大幅度提升O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      RP技術走出實驗室后,就必須不斷提高成型速度,才能逐步符合快速二字。從設備的角度而言,激光功率是影響成型速度的主要因素。光固化的成型速度一般用每小時成型的原型重量來衡量。初期采用325nm的氦鎘激光器的光固化成型設備激光功率較低(50mW左右),一般的成型速度在20- 30g/h之間。351nm的氯離子紫外激光器雖然能輸出較高功率的激光,但卻有體積大、對水、電需求嚴格等缺點。目前,工作波長為355nm的半導體泵浦固體激光器(DPSS)的發展迅速改變了這種狀況,成為光固化快速成型系統的理想光源。新型的半導體泵浦固體紫外激光器輸出功率在100mW以上,甚至超過1W,掃描速度接近了偏振鏡掃描系統的極限,從而使成型速度提高一倍以上,達到50100g/h。固體激光器的另一個優點是壽命大大增加,可接近或超過10000h,而且激光器的再生費用也較低,從而大大降低了設備的使用成本。成本更低、穩定性更高、使用壽命更長是對紫外固體激光器發展的要求。O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      3)成型材料的進展O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      對于光固化快速成型設備來說,光敏樹脂材料是至關重要的,目前進口材料已解決了收縮變形的問題,朝性能多樣化、功能材料方向發展。目前,光固化材料供應商主要有DSMSomos、 VANTICO、RPC等公司。以DSM Somos公司為例,該公司提供多種型號的光敏樹脂材料,能滿足多種需求。例如,Somos 11120是一種低黏度的光敏樹脂,固化后的性能類似于ABS塑料,并且燃燒后殘留灰分很少,特別適合于消失鑄造。而Somos 12120是一種耐高溫光敏樹脂,原型成型后呈淡紅色,經熱固化后,熱變形溫度可達126℃0.46MPa),適合耐高溫的要求。ProtoTool 20L是一種高強、高硬、高溫復合光敏樹脂,固化后的熱變形溫度可達259℃0.46MPa),拉伸強度可達79MPa,可直接用于加工汽車零件、風管測試件、車燈等功能零件,甚至可直接加工注塑模具。O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      4)成型機、電、控制系統不斷完善,使穩定性、加工質量和效率不斷提高O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      立體光固化工藝過程恰似搭建空中樓閣,局部的加工缺陷會造成整個加工過程的失敗,具有天然的脆弱性,因而設備的穩定性至關重要。提高設備的穩定性要從光、機、電、軟件各部分著手。新的光固化成型設備采用先進的真空吸附涂層系統,使得大平面的涂層可靠性大大提高,并且完全消除了氣泡,整個涂層時間也大大縮短;成型機的電氣系統采用PLC控制,穩定性和可靠性得到保證;控制軟件可根據激光功率的變化自動調節工藝參數,因而整機性能得到大幅提升。O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      3. SLA技術的發展趨勢O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      因為快速成型符合加工過程數字化這一潮流,因此從長期來講,它必將從原型的加工轉變成產品的加工,并可能成為未來一個主要的3D打印加工手段。在未來的幾年內,3D打印設備技術會出現一個相對的平穩階段,發展主要體現在生產效率的提高和材料的改進上。隨著人們對RP的不斷了解,各種RP工藝將會在最適合自己的領域內發揮自己的作用。作為RP百花園中的一朵奇葩,光固化成型以其出色的精度,在非金屬材料的高端快速成型領域內將繼續領先。O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

      目前,光固化成型3D打印機占據著RP設備市場的較大份額。中國在20世紀90年代初就開始了對SLA快速成型的研究,經過近十余年的發展,取得了長足的進展,國產快速成型機在國內市場的擁有量已超過了進口設備,并且其性價比和售后服務優于進口設備。O0P河南鄭州3d打印_手板模型制作_鄭州白澤三維技術有限公司_白澤3D打印官網

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