SLA激光快速成型原理
魔猴君 知識(shí)堂 3608天前
SLA原理
成型技術(shù)特點(diǎn)
快速成型的工藝過程具體如下：
1）產(chǎn)品的三維模型的構(gòu)建。由于RP系統(tǒng)是由三維CAD模型直接驅(qū)動(dòng)，因此首先要構(gòu)建所加工工件的三維CAD模型。該三維CAD模型可以利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（如Pro/E，I-DEAS, Solid Works，UG等）直接構(gòu)建，也可以將已有產(chǎn)品的二維圖樣進(jìn)行轉(zhuǎn)換而形成三維模型，或?qū)Ξa(chǎn)品實(shí)體進(jìn)行激光掃描、CT斷層掃描，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后利用反求工程的方法來構(gòu)造三維模型。
2）SLA激光快速成型
SLA工藝也稱光造型或立體光刻，是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態(tài)材料在一定波長和強(qiáng)度的紫外光照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，分子量急劇增大，材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。液槽中盛滿液態(tài)光固化樹脂，激光束在偏轉(zhuǎn)鏡作用下，能在液態(tài)表面上掃描，掃描的軌跡及光線的有無均有計(jì)算機(jī)控制，光點(diǎn)打到的地方，液體就固化。成型開始時(shí)，工作平臺(tái)在液面下一個(gè)確定的深度，聚焦后的光斑在液面上按計(jì)算機(jī)的指令逐點(diǎn)掃描，即逐點(diǎn)固化。當(dāng)一層掃描完成后，未被照射的地方仍是液態(tài)樹脂。然后升降臺(tái)帶動(dòng)平臺(tái)下降一層高度，已成型的層面上又布滿一層樹脂，刮板將粘度較大的樹脂液面刮平，然后再進(jìn)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(fù)直到整個(gè)零件制造完畢，得到一個(gè)三維實(shí)體模型。
3）成型零件的后處理。
光敏樹脂是激光固化快速成型制作的基材，其性能特征對(duì)成型零件的質(zhì)量具有決定性影響。用SL法光固化樹脂一般應(yīng)具有以下性能：
1）粘度低，低粘度樹脂有利于成型中樹脂較快流平；
2）固化速度快，樹脂的固化速度直接影響成型的效率，從而影響到經(jīng)濟(jì)效益；
3) 固化收縮小，光敏樹脂在固化過程中，經(jīng)過一個(gè)從液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變的變化過程，這種變化常會(huì)引起樹脂的線性和體積收縮，固化收縮導(dǎo)致零件產(chǎn)生變形、翹曲、開裂等，從而影響到成型零件的精度，降低樹脂的收縮量是光敏樹脂研制過程中的主要目標(biāo)，低收縮性樹脂有利于成型出搞精度零件；
4) 一次固化程度高，這樣可以減少后固化收縮，從而減少后固化變形；
5) 濕態(tài)強(qiáng)度高，較高的濕態(tài)強(qiáng)度可以保證后固化過程不產(chǎn)生變形、膨脹及層間剝離；
6) 溶脹小，濕態(tài)成型件在液態(tài)樹脂樣品件在液態(tài)樹脂中的溶脹會(huì)造成零件尺寸偏大；
1）直接制作各種樹脂樣品件或功能件，用作結(jié)構(gòu)驗(yàn)證和功能測試；
2）制作精細(xì)零件；
3）制造有透明效果的制件；
4）制作出的原型件可快速翻制各種模具，如硅橡膠模、金屬冷噴模、陶瓷模、電鑄模、環(huán)氧樹脂模、消失模等；
5）代替熔模精密鑄造中的消失模用來生產(chǎn)金屬零件。
SLA工藝也稱光造型或立體光刻，是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態(tài)材料在一定波長和強(qiáng)度的紫外光照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，分子量急劇增大，材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。
液槽中盛滿液態(tài)光固化樹脂，激光束在偏轉(zhuǎn)鏡作用下，能在液態(tài)表面上掃描，掃描的軌跡及光線的有無均有計(jì)算機(jī)控制，光點(diǎn)打到的地方，液體就固化。成型開始時(shí)，工作平臺(tái)在液面下一個(gè)確定的深度，聚焦后的光斑在液面上按計(jì)算機(jī)的指令逐點(diǎn)掃描，即逐點(diǎn)固化。當(dāng)一層掃描完成后，未被照射的地方仍是液態(tài)樹脂。然后升降臺(tái)帶動(dòng)平臺(tái)下降一層高度，已成型的層面上又布滿一層樹脂，刮板將粘度較大的樹脂液面刮平，然后再進(jìn)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(fù)直到整個(gè)零件制造完畢，得到一個(gè)三維實(shí)體模型。 SLA方法是目前快速成型技術(shù)領(lǐng)域中研究得最多的方法，也是技術(shù)上最為成熟的方法。SLA工藝成型的零件精度較高，加工精度一般可達(dá)到0.1mm，原材料利用率近100%。
成型技術(shù)特點(diǎn)
快速成型技術(shù)具有一下幾個(gè)重要特征： 1）可以制造任意復(fù)雜的三維幾何實(shí)體。由于采用離散/堆積成型的原理，它將一個(gè)十分復(fù)雜的三維制造過程簡化為二維過程的疊加，可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意復(fù)雜形狀零件的加工。越是復(fù)雜的零件越能顯示出RP技術(shù)的優(yōu)越性。此外，RP技術(shù)特別適合復(fù)雜型腔、復(fù)雜型面等傳統(tǒng)方法難以制造甚至無法制造的零件。 2）快速性。通過對(duì)一個(gè)CAD模型的修改或重組就可獲得一個(gè)新零件的設(shè)計(jì)和加工信息。從幾個(gè)小時(shí)到幾十個(gè)小時(shí)就可制造出零件，具有快速制造的突出特點(diǎn)。 3）高度柔性。無需任何專用夾具或工具即可完成復(fù)雜的制造過程，快速制造工模型、原型或零件。 4）快速成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械工程學(xué)科多年來追求的兩大先進(jìn)目標(biāo)，即材料的提?。狻⒁?、固相）過程與制造過程一體化和設(shè)計(jì)（CAD）與制造(CAM)一體化。 5）與逆向工程（ReverseEngineering）、CAD技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等相結(jié)合，成為產(chǎn)品快速開發(fā)的有力工具。
快速成型的工藝過程具體如下：
1）產(chǎn)品的三維模型的構(gòu)建。由于RP系統(tǒng)是由三維CAD模型直接驅(qū)動(dòng)，因此首先要構(gòu)建所加工工件的三維CAD模型。該三維CAD模型可以利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（如Pro/E，I-DEAS, Solid Works，UG等）直接構(gòu)建，也可以將已有產(chǎn)品的二維圖樣進(jìn)行轉(zhuǎn)換而形成三維模型，或?qū)Ξa(chǎn)品實(shí)體進(jìn)行激光掃描、CT斷層掃描，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后利用反求工程的方法來構(gòu)造三維模型。
2）SLA激光快速成型
SLA工藝也稱光造型或立體光刻，是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態(tài)材料在一定波長和強(qiáng)度的紫外光照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，分子量急劇增大，材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。液槽中盛滿液態(tài)光固化樹脂，激光束在偏轉(zhuǎn)鏡作用下，能在液態(tài)表面上掃描，掃描的軌跡及光線的有無均有計(jì)算機(jī)控制，光點(diǎn)打到的地方，液體就固化。成型開始時(shí)，工作平臺(tái)在液面下一個(gè)確定的深度，聚焦后的光斑在液面上按計(jì)算機(jī)的指令逐點(diǎn)掃描，即逐點(diǎn)固化。當(dāng)一層掃描完成后，未被照射的地方仍是液態(tài)樹脂。然后升降臺(tái)帶動(dòng)平臺(tái)下降一層高度，已成型的層面上又布滿一層樹脂，刮板將粘度較大的樹脂液面刮平，然后再進(jìn)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(fù)直到整個(gè)零件制造完畢，得到一個(gè)三維實(shí)體模型。
3）成型零件的后處理。
從成型系統(tǒng)里取出成型件，進(jìn)行打磨、拋光、涂掛，或放在高溫爐中進(jìn)行后燒結(jié)，進(jìn)一部提高其強(qiáng)度。
光敏樹脂是激光固化快速成型制作的基材，其性能特征對(duì)成型零件的質(zhì)量具有決定性影響。用SL法光固化樹脂一般應(yīng)具有以下性能：
1）粘度低，低粘度樹脂有利于成型中樹脂較快流平；
2）固化速度快，樹脂的固化速度直接影響成型的效率，從而影響到經(jīng)濟(jì)效益；
3) 固化收縮小，光敏樹脂在固化過程中，經(jīng)過一個(gè)從液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變的變化過程，這種變化常會(huì)引起樹脂的線性和體積收縮，固化收縮導(dǎo)致零件產(chǎn)生變形、翹曲、開裂等，從而影響到成型零件的精度，降低樹脂的收縮量是光敏樹脂研制過程中的主要目標(biāo)，低收縮性樹脂有利于成型出搞精度零件；
4) 一次固化程度高，這樣可以減少后固化收縮，從而減少后固化變形；
5) 濕態(tài)強(qiáng)度高，較高的濕態(tài)強(qiáng)度可以保證后固化過程不產(chǎn)生變形、膨脹及層間剝離；
6) 溶脹小，濕態(tài)成型件在液態(tài)樹脂樣品件在液態(tài)樹脂中的溶脹會(huì)造成零件尺寸偏大；
7) 毒性小，這有利于操作者的健康和不造成環(huán)境污染。
1）直接制作各種樹脂樣品件或功能件，用作結(jié)構(gòu)驗(yàn)證和功能測試；
2）制作精細(xì)零件；
3）制造有透明效果的制件；
4）制作出的原型件可快速翻制各種模具，如硅橡膠模、金屬冷噴模、陶瓷模、電鑄模、環(huán)氧樹脂模、消失模等；
5）代替熔模精密鑄造中的消失模用來生產(chǎn)金屬零件。
