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立体光固化快速成型技术的应用及发展
发布日期：2018-07-13 1137
面对激烈的市场竞争，新产品的研发和上市速度以及制造技术的柔性手段，已经成为众多企业的核心竞争力。
虽然借助数字化的 CAD 设计和虚拟样机分析等手段，可以极大地缩短新产品的研发时间。
但是，任何虚拟技术都不能替代实物验证的真实性。
如何快速、低成本地加工出所设计的实物原型，已经成为诸多现代企业进行设计验证、产品改进、客户交流和产品推广的重要手段和不懈追求，在此背景下，快速成型( Rapid Prototyping) 技术便应运而生。
自20世纪80年代出现以来 ,快速成型技术就以其全新的制造思想、迅速的产品制造速度、灵活多变的产品模型 ,受到学术界和制造业的极大关注。
正是由于适应了现代先进制造技术的发展需求 ,快速成型技术发展也十分迅猛 ,在一些发达国家已经成为一个新的产业分支 ,甚至是先进制造技术的一门支柱产业。
目前 ,比较成熟的快速成型技术大致有5种 ,分别是立体光固化成型(SLA) 、叠材选择性切割(LOM) 、粉末选择性烧结(SLS)、熔融沉积制造(FDM)和三维打印成型(3DP),其中又以立体光固化成型(SLA)技术最具优越性。
立体光固化快速成型(SLA)技术是最早出现的快速成形工艺之一。与其他的快速成形技术相同，SLA技术也是从制作零件的CAD几何模型出发，通过分层离散软件将模型离散，再输入数控成型系统，最后用运动轨迹受控的激光束照射光敏材料的方法,将材料固化堆积,形成实体零件。
SLA的工作原理是基于液态光敏树脂的光聚合原理而工作的。这种液态光敏树脂材料在一定波长( x = 325 nm) 和强度( w = 30 mW) 的紫外光的照射下 ,就可以迅速地发生光聚合反应，分子量急剧增大,材料也就从液态转变成固态。
只要控制紫外光的照射轨迹，便可以使固化后的材料形成理想的形状。
SLA的工作过程为：液槽中盛满液态光固化树脂，激光束在偏转镜作用下，能在液体表面上扫描，扫描的轨迹及激光的有无均由计算机控制，光点扫描到的地方，液体就固化。成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度，液面始终处于激光的焦平面，聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描即逐点固化。
当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂，然后，升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又被一层新的树脂覆盖，刮平器将黏度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地黏在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕，得到一个三维实体原型。
经过多年的发展，SLA技术已经日益成熟、可靠，具有以下这些显著的特点。
1)系统工作稳定，整个成型过程自动运行，可完全实行无人值守；
2)成型精度高，一般均在0.1mm以内，这是其它的成型技术所无法达到的；
3)成型尺寸大，可以加工600mm×600mm以内的大尺寸工件；
4)表面质量好，所成型的工件表面光滑，减少了后处理的工作量，在很多场合甚至无须后处理即可直接投入使用；
5)系统分辨率高，能构件复杂结构的工件，可以加工复杂表面的薄壁件，壁厚最小可达0.5mm，这也是其他的成型技术所无法达到的；
6)加工速度极快，可以达到8m/s；
7)材料消耗后，可采用添加的方法进行补充，因此，材料利用率极高，接近 100%。
SLA所用的材料为液态光敏树脂，其性能的好坏直接影响到成型零件的强度、韧性等重要指标，进而影响到SLA技术的应用前景。经过科技人员的不懈努力，光敏树脂的性能有了极大的提高。
目前，最常用的光敏树脂型号是DSM Somos14120，这是一种新近开发的、专门用于SLA成型机的低黏度液态光敏树脂。平时可以直接存放在成型机器的树脂槽中，常态下十分稳定，在避免阳光和日光灯直接照射的情况下，无需其它特别保存措施，常温下即可保存3年。
Somos14120光敏树脂的许多材料性能与传统的工程塑料(包括ABS与PBT)近似，能制作高强度、坚硬、防水的功能零件，这使得立体光固化快速成型的应用范围得到了极大的拓展。
据不完全调查，目前通过立体光固化快速成型技术制作的零部件，已经被大量地应用在汽车、医疗、家电等领域内，SLA技术成为这些领域的企业开发新产品不可缺少的手段之一。
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