科普:3D打印技術原理之SLA3d打印技術 SLA3D打印工藝概述
SLA是屬于還原光聚合族的增材制造工藝。在SLA中,通過使用紫外(UV)激光束逐層選擇性地固化聚合物樹脂來產生物體。SLA中使用的材料是液態形式的光敏熱固性聚合物。光固化成型工藝,也常被稱為立體光刻成型,英文的名稱為StereoLithography,簡稱SL,也有時被簡稱為SLA(StereoLithography Apparatus),該工藝是由Charles Hull于1984年獲得美國專利,是最早發展起來的快速成型技術。自從1988年3D Systems公司最早推出SLA商品化快速成型機以來,SLA已成為最為成熟而廣泛應用的RP典型技術之一。它以光敏樹脂為原料,通過計算機控制紫外激光使其凝固成型。這種方法能簡捷、全自動地制造出歷來各種加工方法難以制作的復雜立體形狀,在加工技術領域中具有劃時代的意義。
一、SLA3d打印技術的成型原理
盛滿液態光敏樹脂,氦-鎘激光器或氬離子激光器發出的紫外激光束在控制系統的控制下按零件的各分層截面信息在光敏樹脂表面進行逐點掃描,使被掃描區域的樹脂薄層產生光聚合反應而固化,形成零件的一個薄層。一層固化完畢后,工作臺下移一個層厚的距離,以使在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態樹脂,刮板將粘度較大的樹脂液面刮平,然后進行下一層的掃描加工,新固化的一層牢固地粘結在前一層上,如此重復直至整個零件制造完畢,得到一個三維實體原型。
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二、SLA3d打印技術的工藝過程
光固化快速原型的制作一般可以分為前處理、原型制作和后處理三個階段。前處理階段主要是通過CAD設計出三維實體模型,對原型進行數據轉換、擺放方位確定、施加支撐和利用離散程序將模型進行切片處理,設計掃描路徑,產生的數據將精確控制激光掃描器和升降臺的運動,實際上就是為原型的制作準備數據;原型制作就是在專用的光固化快速成型設備系統上進行光固化成型。在原型制作前,需要提前啟動光固化快速成型設備系統,使得樹脂材料的溫度達到預設的合理溫度,激光器點燃后也需要一定的穩定時間。設備運轉正常后,啟動原型制作控制軟件,讀入前處理生成的層片數據文件就可以啟動疊層制作了。整個疊層的光固化過程都是在軟件系統的控制下自動完成的,所有疊層制作完畢后,系統自動停止。后處理,在快速成型系統中原型疊層制作完畢后,需要進行剝離等后續處理工作,以便去除廢料和支撐結構等。
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三、SLA3d打印工藝的優勢、劣勢
SLA 技術的優勢
1.光固化成型法是最早出現的快速原型制造工藝,成熟度高,經過時間的檢驗。
2.由CAD數字模型直接制成原型,加工速度快,產品生產周期短,無需切削工具與模具。
3.可以加工結構外形復雜或使用傳統手段難于成型的原型和模具。
4.使CAD數字模型直觀化,降低錯誤修復的成本。
5.為實驗提供試樣,可以對計算機仿真計算的結果進行驗證與校核。
6.可聯機操作,可遠程控制,利于生產的自動化。
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SLA 技術的缺陷
1.SLA系統造價高昂,使用和維護成本過高。
2.SLA系統是要對液體進行操作的精密設備,對工作環境要求苛刻。
3.成型件多為樹脂類,強度,剛度,耐熱性有限,不利于長時間保存。
4.預處理軟件與驅動軟件運算量大,與加工效果關聯性太高。
5.軟件系統操作復雜,入門困難;使用的文件格式不為廣大設計人員熟悉。
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四、SLA 的發展趨勢與前景
SLA技術主要用于制造多種模具、模型等;還可以在原料中通過加入其它成分,用SLA原型模代替熔模精密鑄造中的蠟模。SLA技術成形速度較快,精度較高,但由于樹脂固化過程中產生收縮,不可避免地會產生應力或引起形變。因此開發收縮小、固化快、強度高的光敏材料是其發展趨勢。立體光固化成型法的的發展趨勢是高速化,節能環保與微型化。不斷提高的加工精度使之有最先可能在生物,醫藥,微電子等領域大有作為。