光固化快速成型的兩種方法

㈠ 光固化快速成型的原理

光固化快速成型作為增材製造技術中的一種，主旨也是基於離散堆積的思想，以液態光敏樹脂作為成型原料，其成型原理如圖2－1所示。首先，在主液槽中填充適量的液態光敏樹脂。然後，特定波長的激光在計算機的控制下沿分層切片所得的截面信息逐點進行掃描，當聚焦光斑掃描處的液態光敏樹脂吸收的能量滿足式2－1之後，便會發生聚合反應。一層截面完成固化之後，便形成製件的一個截面薄層。此時，工作台再下降一個層高的高度，使得先前固化的薄層表面被新的一層光敏樹脂覆蓋。之後，由於樹脂黏度較大和先前已固化薄層表面張力的影響，新塗敷的光敏樹脂實際上是不平整的，需要專用刮板將之刮平，以便進行下一層的掃描固化，使得新固化的層片牢固的粘結在前一層之上。反復上述步驟，層片即在計算機的控制下依次堆積，最終形成完整的成型製件，再去除支撐，進行相應的後處理，即可獲得所需的產品。

從光固化快速成型的原理和它所使用的材料來看，光固化快速成型主要有如下一些特點：
    （1）光固化快速成型技術是最早出現的快速成型製造工藝，成熟度最高，經過時間的檢驗；
    （2）成型速度較快，系統工作相對穩定；
    （3）可以列印的尺寸也比較大，有可以做到2m的大件，關於後期處理特別是上色都比較容易；
    （4）尺寸精度高，可以做到微米級別；
    （5）表面質量較好，比較適合做小件及較精細件。
光固化快速成型的不足之處在於：
    （1）SLA設備造價高昂，使用和維護成本高。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；
    （2）成型件多為樹脂類，材料價格貴，強度、剛度、耐熱性有限，不利於長時間保存；
    （3）這種成型產品對貯藏環境有很高的要求，溫度過高會熔化，工作溫度不能超過HXTC。光敏樹脂固化後較脆，易斷裂，可加工性不好。成型件易吸濕膨脹，抗腐蝕能力弱；
    （4）需要設計工件的支撐結構，以便確保在成型過程中製作的每一個結構部位都能可靠定位，支撐結構需在未完全固化時手工去除，容易破壞成型件。   

㈡ 光固化成形原理

光固化成型 5.1 光固化成型工藝的基本原理和工藝特點 右邊這組耳環、戒指、項鏈等穿戴飾品是不是很漂亮呢？想知道它們是怎麼製作的嗎？ 課堂導入 想一想 你了解光固化成型技術嗎？見過的光固化技術列印的模型有哪些？這些模型有什麼特點？ 學習導覽圖 光固化成型工藝的基本原理和工藝特點 01 模塊5 光固化成型 光固化成型的工藝過程 02 光固化成型材料 03 光固化成型技術的應用 04 光固化成型技術的發展方向 05 本節 知識點 光固化成型技術概述 1 光固化成型工藝原理 2 光固化成型的工藝特點 3 光固化成型技術概述 1. 簡稱 2. 發展歷史 3. 當前在我國的發展狀況 工藝原理 光固化快速成型工藝，基於分層製造原理，以液態光敏樹脂為原料。主液槽中盛滿液態光敏樹脂，在計算機控制下特定波長的激光沿分層截面逐點掃描，聚焦光斑掃描處的液態樹脂吸收能量，發生光聚合反應而固化，從而形成製件的一個截面薄層。一層固化完畢後，工作台下降一層高度，然後刮板將粘度較大的樹脂液面刮平，使先固化好的樹脂表面覆蓋一層新的樹脂薄層，再進行下一層的掃描固化，新固化的一層牢固地粘結在前一層上。如此依次逐層堆積，最後形成物理原型。除去支撐，進行後處理，即獲得所需的實體原型。 光固化成型工藝原理圖 注意： 因為樹脂材料的高粘性，在每層固化之後，液面很難在短時間內流動鋪平已固化的面，這將會影響實體的成型速度和精度。採用刮板刮切後，樹脂便會被快速、均勻地塗敷在上一疊層上，這樣經過激光固化後可以得到較好的精度，使產品表面更加光滑和平整。 討論：與其他增材技術相比，光固化成型技術具有哪些特點？ 1.產品生產周期短； 2.製作過程智能化，成型速度快，自動化程度高； 3.尺寸精度高； 4.表面質量優良； 5.無噪音、無振動、無切削，可以實現生產辦公室化操作； 6.可以直接製作面向熔模精密鑄造的具有中空結構的

㈢ 光固化3D列印運用的技術有哪些以及有哪些優缺點

3D列印有多種技術，但在這些技術中，光固化3D列印是最古老和成熟的技術。經過多年的發展，出現了很多基於光固化3D列印機的新技術，包括SLA、DLP、LCD、CLIP、MJP、雙光子3D列印、全息3D列印等。今天縱維立方小方介紹其中的五種光固化3D列印技術。

1、SLA光固化3D列印。

SLA技術是最早的3D列印技術，是業界廣泛使用的最成熟的3D列印技術。該技術於1986年獲得專利，該技術是3D列印行業領導者3D system，Inc .的聯合創始人CharlesHull。目前，大型工業光固化3D列印機主要基於SLA技術。

一般用於SLA機器的燈波長為355nm激光束，激光束在樹脂罐上，曝光方向在頂部，液體樹脂在掃描激光束時硬化。把平台降低到收支平衡。因此，平台的表面是樹脂表面以下的厚度。然後激光束跟蹤邊界，填充模型的二維橫截面。樹脂一層固化後，平台在生成實體三維物體之前，一層一層的形成由激光束的移動控制。理論上，激光束可以在大空間內移動。因此，SLA列印技術可以列印大型模型。

優缺點：SLA是第一個快速成型技術，成熟度高，印刷工藝穩定，機器供應商多。到目前為止，SLA是唯一能夠列印大型模型的光固化3D列印機技術。此外，對於陽離子光聚合的樹脂也有限制。由於激光的尺寸不同，所以SLA的解析度要低於其它光固化技術。盡管如此，SLA技術的准確性足以列印出結構復雜、尺寸細微的物體。到目前為止，SLA仍然是牙科、玩具、模具、汽車、航空航天等多個領域可用的重要列印技術。

2、DLP光固化3D列印。

DLP3D列印的核心技術是決定圖像形成和列印精度的DLP技術。DLP技術的出現已經有20年了。DLP技術的核心部分是LarryHornback博士1977年發明的光學半導體或數字顯微鏡設備或DLP晶元，1996年被德克薩斯儀器商業化。DLP晶元可以說是當今世界上最先進的光開關設備，包括由200萬個互轉軸組成的微型顯微鏡。每台顯微鏡大約是人類頭發大小的五分之一。因此，DLP3D列印具有較高的列印解析度，可列印的最小尺寸為50m。

優點和缺點：精度是DLP3D列印的最大優點。但是，為了保證高精度，投影尺寸是有限的。因此，DLP3D列印只能列印小尺寸的物體。DLP3D列印技術只能列印精度高、尺寸小的模型，因此主要應用於寶石鑄造和牙科領域。

3、LCD光固化3D列印

從激光掃描SLA到數字投影DLP再到最新的LCD列印技術，縱觀所有光固化3D列印機技術，照明和成像系統差別很大，但控制和步進系統幾乎沒有差別。DLP和LCD3D列印技術最大的區別是成像系統。向液晶施加電場會改變分子排列，防止光線通過。由於先進的液晶屏顯示技術，液晶屏的解析度非常高。但是，在電場轉換過程中，少量LCD分子無法重新排列，光線變弱。

優缺點：LCD機便宜，解析度好。但是，液晶屏壽命短，需要定期更換。LCD 3D列印的亮度非常弱，只有10%的光穿透LCD，90%的光被LCD吸收。此外，如上所述，部分泄漏會導致地板的光敏樹脂轉換暴露，因此必須定期清理水槽。目前，LCD光固化3D列印機在牙科、珠寶、玩具等領域有應用。

4、剪輯光固化3D列印

2015年3月20日，Carbon3DCorp開發的CLIP技術登上了科學封面。該技術的核心是氧氣滲透膜的發明，有助於氧氣滲透的連續列印，從而抑制自由基聚合。CLIP技術是DLP的尖端技術。CLIP技術的基本原理並不復雜。底部的UV投影使光敏樹脂硬化，坦克底部的液體樹脂由於氧氣堵塞而保持穩定的面值，從而保證硬化的連續性。下面的特殊窗戶可以讓光和氧氣通過。這項技術最重要的優點是，可以顛覆性地生產比DLP光固化3D列印機快25 ~ 100倍的物體——，理論潛在列印速度可以達到DLP技術的1000倍，分層可以無限好。目前，3D列印需要將3D模型剪切到與幻燈片疊加類似的多個圖層上，因此不會刪除粗糙度。CLIP技術的圖像投影可以連續變化，就像幻燈片進化成疊加視頻一樣。這是DLP投影技術的一大改進。

優點和缺點：CLIP技術是真正的3D列印。這是目前對3D列印技術的破壞性技術。毫無疑問，CLIP技術最大的優點是快速列印。盡管如此，仍有一些技術問題需要解決。到目前為止，通過CLIP技術，為了快速列印，需要低粘度樹脂和空白模型。前兩種方法可以使樹脂迅速補充到印刷區，後一種可以減少每層的用量。所以，CLIP工藝對高粘樹脂和實體模型的效果不佳。

5、MJP光固化3D列印

MJP技術也稱為PolyJet，2000年以色列公司Objet申請了專利。MJP3D列印可以有效地列印模型，多組噴嘴協同工作。根據模型切片數據，工作時數百個噴嘴在平台上分層噴射液體光敏樹脂，列印噴嘴沿XY平面移動。感光樹脂噴塗到工作台上後，滾筒將噴塗樹脂的表面處理平整，UVD燈將感光樹脂固化。完成一層的印刷硬化後，設備內置的工作台非常准確地降低了一層的厚度，噴頭繼續噴出感光樹脂，進行下一層的印刷硬化。重復此操作，直到列印完整個工件。

優點和缺點：對於MJP3D列印，噴嘴很多，可以噴塗多種材料。這使您可以同時列印多種材料、多色材料，以滿足材料、顏色、剛度等要求。到目前為止，MJP3D列印是唯一能夠列印多色模型的技術。MJP3D列印具有極高的加工精度，可列印的層厚度低到16微米。支撐材料容易熔化或溶解，所以去除支撐的過程是無損和容易的。因此，列印模型的表面是平滑的。最後，理論上印刷尺寸是無限的。但是MJP列印機機器很貴。這些材料也要貴，粘度低。MJP技術可應用於需要高加工精度的領域。現在經常用於寶石鑄造、精密醫學等。

㈣ SLA和SLS快速成型的區別是什麼

SLA和SLS兩種激光快速成型的區別SLA 的優勢
1. 光固化成型法是最早出現的快速原型製造工藝,成熟度高，經過時間的檢驗。
2. 由CAD數字模型直接製成原型,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於成型的原型和模具。
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，可以對計算機模擬計算的結果進行驗證與校核。
6. 可聯機操作，可遠程式控制制，利於生產的自動化。
SLA 的缺憾
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，不利於長時間保存。
4. 預處理軟體與驅動軟體運算量大，與加工效果關聯性太高。
5. 軟體系統操作復雜，入門困難，使用的文件格式不為廣大設計人員熟悉。
6. 立體光固化成型技術被單一壟斷。

㈤ 簡述快速成型的原理

計算機控制下，基於離散、堆積的原理採用不同方法堆積材料，最終完成零件的成形與製造。

從成形角度看，零件可視為「點」或「面」的疊加。從CAD電子模型中離散得到「點」或「面」的幾何信息，再與成形工藝參數信息結合，控制材料有規律、精確地由點到面，由面到體地堆積零件。

從製造角度看，它根據CAD造型生成零件三維幾何信息，控制多維系統，通過激光束或其他方法將材料逐層堆積而形成原型或零件。

快速成形技術特點：

1、成型全過程的快速性，適合現代激烈的產品市場；

2、可以製造任意復雜形狀的三維實體；

3、用CAD模型直接驅動，實現設計與製造高度一體化，其直觀性和易改性為產品的完美設計提供了優良的設計環境；

4、成型過程無需專用夾具、模具、刀具，既節省了費用，又縮短了製作周期。

5、技術的高度集成性，既是現代科學技術發展的必然產物，也是對它們的綜合應用，帶有鮮明的高新技術 特徵。

以上內容參考 網路-快速成形技術；網路-快速成型

㈥ 常用快速成型的工藝方法

1、熔積成型法
在熔積成型法( FDM)的過程中，龍門架式的機械控制噴頭可以在工作台的兩個主要方向移動，工作台可以根據需要向上或向下移動。熱塑性塑料或蠟制的熔絲從加熱小口處擠出。最初的一層是按照預定的軌跡以固定的速率將熔絲擠出在泡沫塑料基體上形成的。當第一層完成後，工作台下降一個層厚並開始迭加製造一層。FDM工藝的樞紐是保持半活動成型材料恰好在熔點之上，通常控制在比熔點高1℃左右。
2、光固化法
光固化法是目前應用最為廣泛的一種快速成型製造工藝，它實際上比熔積法發展的還早。光固化採用的是將液態光敏樹脂固化(硬化)到特定外形的原理。以光敏樹脂為原料，在計算機控制下的紫外激光按預定零件各分層截面的輪廓為軌跡對液態樹脂逐點掃描，使被掃描區的樹脂薄層產生光聚合反應，從而形成零件的一個薄層截面。
3、激光選區燒結
激光選區燒結是一種將非金屬(或普通金屬)粉末有選擇地燒結成單獨物體的工藝。該法採用CO:激光器作為能源，目前使用的在加工室的底部裝備了兩個圓筒：
1)一個是粉末補給筒，它內部的活塞被逐漸地晉升通過一個轉念頭構給零件造型筒供應粉末;
2)另一個是零件造形筒，它內部的活塞(工作台)被逐漸地降低到熔結部門形成的地方。

㈦ 常見的快速成型工藝有哪些

快速成型是上世紀80年代末及90年代初發展起來的高新製造技術，是由三維CAD模型直接驅動的快速製造任意復雜形狀三維實體的總稱。由於它把復雜的三維製造轉化為一系列二維製造的疊加，因而可以在不用模具和工具的條件下生成幾乎任意復雜的零部件，極大地提高了生產效率和製造柔性。

常見的快速成型工藝有：立體光固化成型法、選擇性激光燒結法、熔融沉積成型法、分層實體製造法、三維印刷法。

常用快速成型基本方法簡介

㈧ 光固化成型技術的材料包括哪些

用特定波長與強度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由點到線,由線到面順序凝固,完成一個層面的繪圖作業,然後升降台在垂直方向移動一個層片的高度,再固化另一個層面.這樣層層疊加構成一個三維實體.

在當前應用較多的幾種快速成型工藝方法中，光固化成型由於具有成型過程自動化程度高、製作原型表面質量好、尺寸精度高以及能夠實現比較精細的尺寸成型等特點，使之得到最為廣泛的應用。在概念設計的交流、單件小批量精密鑄造、產品模型、快速工模具及直接面向產品的模具等諸多方面廣泛應用於航空、汽車、電器、消費品以及醫療等行業。

1 SLA 在航空航天領域的應用

在航空航天領域，SLA 模型可直接用於風洞試驗，進行可製造性、可裝配性檢驗。航空航天零件往往是在有限空間內運行的復雜系統，在採用光固化成型技術以後，不但可以基於SLA 原型進行裝配干涉檢查，還可以進行可製造性討論評估，確定最佳的合理製造工藝。通過快速熔模鑄造、快速翻砂鑄造等輔助技術進行特殊復雜零件（如渦輪、葉片、葉輪等）的單件、小批量生產，並進行發動機等部件的試制和試驗。

航空領域中發動機上許多零件都是經過精密鑄造來製造的，對於高精度的母模製作，傳統工藝成本極高且製作時間也很長。採用SLA 工藝，可以直接由CAD 數字模型製作熔模鑄造的母模，時間和成本可以得到顯著的降低。數小時之內，就可以由CAD 數字模型得到成本較低、結構又十分復雜的用於熔模鑄造的SLA快速原型母模。

利用光固化成型技術可以製作出多種彈體外殼，裝上感測器後便可直接進行風洞試驗。通過這樣的方法避免了製作復雜曲面模的成本和時間，從而可以更快地從多種設計方案中篩選出最優的整流方案，在整個開發過程中大大縮短了驗證周期和開發成本。此外，利用光固化成型技術製作的導彈全尺寸模型，在模型表面表進行相應噴塗後，清晰展示了導彈外觀、結構和戰斗原理，其展示和講解效果遠遠超出了單純的電腦圖紙模擬方式，可在未正式量產之前對其可製造性和可裝配性進行檢驗。

2 SLA 在其他製造領域的應用

光固化快速成型技術除了在航空航天領域有較為重要的應用之外，在其他製造領域的應用也非常重要且廣泛，如在汽車領域、模具製造、電器和鑄造領域等。下面就光固化快速成型技術在汽車領域和鑄造領域的應用作簡要的介紹。

現代汽車生產的特點就是產品的多型號、短周期。為了滿足不同的生產需求，就需要不斷地改型。雖然現代計算機模擬技術不斷完善，可以完成各種動力、強度、剛度分析，但研究開發中仍需要做成實物以驗證其外觀形象、工裝可安裝性和可拆卸性。對於形狀、結構十分復雜的零件，可以用光固化成型技術製作零件原型，以驗證設計人員的設計思想，並利用零件原型做功能性和裝配性檢驗。

光固化快速成型技術還可在發動機的試驗研究中用於流動分析。流動分析技術是用來在復雜零件內確定液體或氣體的流動模式。將透明的模型安裝在一簡單的試驗台上，中間循環某種液體，在液體內加一些細小粒子或細氣泡，以顯示液體在流道內的流動情況。該技術已成功地用於發動機冷卻系統（氣缸蓋、機體水箱）、進排氣管等的研究。問題的關鍵是透明模型的製造，用傳統方法時間長、花費大且不精確，而用SLA技術結合CAD 造型僅僅需要4~5 周的時間，且花費只為之前的1/3，製作出的透明模型能完全符合機體水箱和氣缸蓋的CAD 數據要求，模型的表面質量也能滿足要求。

光固化成型技術在汽車行業除了上述用途外，還可以與逆向工程技術、快速模具製造技術相結合，用於汽車車身設計、前後保險桿總成試制、內飾門板等結構樣件/ 功能樣件試制、賽車零件製作等。

在鑄造生產中，模板、芯盒、壓蠟型、壓鑄模等的製造往往是採用機加工方法，有時還需要鉗工進行修整，費時耗資，而且精度不高。特別是對於一些形狀復雜的鑄件（例如飛機發動機的葉片、船用螺旋槳、汽車、拖拉機的缸體、缸蓋等），模具的製造更是一個巨大的難題。雖然一些大型企業的鑄造廠也備有一些數控機床、仿型銑等高級設備，但除了設備價格昂貴外，模具加工的周期也很長，而且由於沒有很好的軟體系統支持，機床的編程也很困難。快速成型技術的出現，為鑄造的鑄模生產提供了速度更快、精度更高、結構更復雜的保障。

光固化成型技術的研究進展

光固化快速成型製造技術自問世以來在快速製造領域發揮了巨大作用，已成為工程界關注的焦點。光固化原型的製作精度和成型材料的性能成本，一直是該技術領域研究的熱點。很多研究者通過對成型參數、成型方式、材料固化等方面分析各種影響成型精度的因素，提出了很多提高光固化原型的製作精度的方法，如掃描線重疊區域固化工藝、改進的二次曝光法、研究開發用CAD 原始數據直接切片法、在製件加工之前對工藝參數進行優化等，這些工藝方法都可以減小零件的變形、降低殘余應力，提高原型的製作精度。此外，SLA 所用的材料為液態光敏樹脂，其性能的好壞直接影響到成型零件的強度、韌性等重要指標，進而影響到SLA 技術的應用前景。所以近年來在提高成型材料的性能降低成本方面也做了很多的研究，提出了很多有效的工藝方法，如將改性後的納米SiO2 分散到自由基- 陽離子混雜型的光敏樹脂中，可以使光敏樹脂的臨界曝光量增大而投射深度變小，其成型件的耐熱性、硬度和彎曲強度有明顯的提高；又如在樹脂基中加入SiC晶須，可以提高其韌性和可靠性；開發新型的可見光固化樹脂，這種新型樹脂使用可見光便可固化且固化速度快，對人體危害小，提高生產效率的同時大幅度地降低了成本。

光固化快速成型技術發展到今天已經比較成熟，各種新的成型工藝不斷涌現。下面從微光固化快速成型製造技術和生物醫學兩方面展望SLA 技術。

1 微光固化快速成型製造技術

傳統的SLA 設備成型精度為±0.1mm，能夠較好地滿足一般的工程需求。但是在微電子和生物工程等領域，一般要求製件具有微米級或亞微米級的細微結構，而傳統的SLA 工藝技術已無法滿足這一領域的需求。尤其在近年來，MEMS（MicroElectro-Mechanical Systems）和微電子領域的快速發展，使得微機械結構的製造成為具有極大研究價值和經濟價值的熱點。微光固化快速成型μ-SL（Micro Stereolithography）便是在傳統的SLA 技術方法基礎上，面向微機械結構製造需求而提出的一種新型的快速成型技術。該技術早在20 世紀80 年代就已經被提出，經過將近20 多年的努力研究，已經得到了一定的應用。提出並實現的μ-SL 技術主要包括基於單光子吸收效應的μ-SL 技術和基於雙光子吸收效應的μ-SL 技術，可將傳統的SLA 技術成型精度提高到亞微米級，開拓了快速成型技術在微機械製造方面的應用。但是，絕大多數的μ-SL 製造技術成本相當高，因此多數還處於試驗室階段，離實現大規模工業化生產還有一定的距離。因而今後該領域的研究方向為：開發低成本生產技術，降低設備的成本；開發新型的樹脂材料；進一步提高光成型技術的精度；建立μ-SL 數學模型和物理模型，為解決工程中的實際問題提供理論依據；實現μ-SL與其他領域的結合，例如生物工程領域[8] 等。

2 生物醫學領域

光固化快速成型技術為不能製作或難以用傳統方法製作的人體器官模型提供了一種新的方法，基於CT圖像的光固化成型技術是應用於假體製作、復雜外科手術的規劃、口腔頜面修復的有效方法。在生命科學研究的前沿領域出現的一門新的交叉學科——組織工程是光固化成型技術非常有前景的一個應用領域。基於SLA技術可以製作具有生物活性的人工骨支架，該支架具有很好的機械性能和與細胞的生物相容性，且有利於成骨細胞的黏附和生長。如圖5 所示為用SLA 技術製作的組織工程支架，在該支架中植入老鼠的預成骨細胞，細胞的植入和黏附效果都很好[9]。

㈨ 光固化快速成型工藝的前處理需要進行哪些工作

光固化快速成型工藝一般可以分為三個主要工藝步驟，分別為：前期數據處理過程、成型製造過程、後期處理過程。

一、數據處理

前期數據處理作為快速成型的第一步有著至關重要的作用，是能否獲得優質成型件的基礎。數據處理主要包括數據模型獲取、模型格式轉換、成型方向選擇、支撐設計以及分層切片幾個方。
（1）數據模型獲取

數據模型獲取通常有兩種方式，一種是通過CAD設計軟體自行設計所要成型物體的三維造型。由於CAD設計軟體廣泛普及，此種方式也是現今採用最多的數據模型獲取手段。隨著逆向工程技術的發展，反求所得的模型精度越來越高，並且該方式方便快捷，採用逆向工程反求模型也是一種可行的手段。

（2）模型格式轉換

三維模型在進行切片操作前，通常需要進行格式轉換。這是因為三維模型一般是由許多不規則自由曲面組成，直接對三維模型進行切片的技術受制於該技術的實現目前還高度依賴各三維造型軟體內核的強大處理功能，所以普適性較差。目前常用的方法是轉換為STL格式文件。該文件是用一系列小三角面片近似逼近自由曲面。其中，每個三角面片是由三個頂點坐標和一個與三個頂點滿足右手螺旋法則的法向量組成。STL格式文件表述簡單，實現方便，幾乎所有三維造型軟體都支持，已成為快速成型的實際行業標准。

㈩ 光固化成型的光固化成型的應用

在當前應用較多的幾種快速成型工藝方法中，光固化成型由於具有成型過程自動化程度高、製作原型表面質量好、尺寸精度高以及能夠實現比較精細的尺寸成型等特點，使之得到最為廣泛的應用。在概念設計的交流、單件小批量精密鑄造、產品模型、快速工模具及直接面向產品的模具等諸多方面廣泛應用於航空、汽車、電器、消費品以及醫療等行業。
1 SLA 在航空航天領域的應用
在航空航天領域，SLA 模型可直接用於風洞試驗，進行可製造性、可裝配性檢驗。航空航天零件往往是在有限空間內運行的復雜系統，在採用光固化成型技術以後，不但可以基於SLA 原型進行裝配干涉檢查，還可以進行可製造性討論評估，確定最佳的合理製造工藝。通過快速熔模鑄造、快速翻砂鑄造等輔助技術進行特殊復雜零件（如渦輪、葉片、葉輪等）的單件、小批量生產，並進行發動機等部件的試制和試驗。
航空領域中發動機上許多零件都是經過精密鑄造來製造的，對於高精度的木模製作，傳統工藝成本極高且製作時間也很長。採用SLA 工藝，可以直接由CAD 數字模型製作熔模鑄造的母模，時間和成本可以得到顯著的降低。數小時之內，就可以由CAD 數字模型得到成本較低、結構又十分復雜的用於熔模鑄造的SLA 快速原型母模。
利用光固化成型技術可以製作出多種彈體外殼，裝上感測器後便可直接進行風洞試驗。通過這樣的方法避免了製作復雜曲面模的成本和時間，從而可以更快地從多種設計方案中篩選出最優的整流方案，在整個開發過程中大大縮短了驗證周期和開發成本。此外，利用光固化成型技術製作的導彈全尺寸模型，在模型表面表進行相應噴塗後，清晰展示了導彈外觀、結構和戰斗原理，其展示和講解效果遠遠超出了單純的電腦圖紙模擬方式，可在未正式量產之前對其可製造性和可裝配性進行檢驗。
2 SLA 在其他製造領域的應用
光固化快速成型技術除了在航空航天領域有較為重要的應用之外，在其他製造領域的應用也非常重要且廣泛，如在汽車領域、模具製造、電器和鑄造領域等。下面就光固化快速成型技術在汽車領域和鑄造領域的應用作簡要的介紹。
現代汽車生產的特點就是產品的多型號、短周期。為了滿足不同的生產需求，就需要不斷地改型。雖然現代計算機模擬技術不斷完善，可以完成各種動力、強度、剛度分析，但研究開發中仍需要做成實物以驗證其外觀形象、工裝可安裝性和可拆卸性。對於形狀、結構十分復雜的零件，可以用光固化成型技術製作零件原型，以驗證設計人員的設計思想，並利用零件原型做功能性和裝配性檢驗。
光固化快速成型技術還可在發動機的試驗研究中用於流動分析。流動分析技術是用來在復雜零件內確定液體或氣體的流動模式。將透明的模型安裝在一簡單的試驗台上，中間循環某種液體，在液體內加一些細小粒子或細氣泡，以顯示液體在流道內的流動情況。該技術已成功地用於發動機冷卻系統（氣缸蓋、機體水箱）、進排氣管等的研究。問題的關鍵是透明模型的製造，用傳統方法時間長、花費大且不精確，而用SLA技術結合CAD 造型僅僅需要4~5 周的時間，且花費只為之前的1/3，製作出的透明模型能完全符合機體水箱和氣缸蓋的CAD 數據要求，模型的表面質量也能滿足要求。
光固化成型技術在汽車行業除了上述用途外，還可以與逆向工程技術、快速模具製造技術相結合，用於汽車車身設計、前後保險桿總成試制、內飾門板等結構樣件/ 功能樣件試制、賽車零件製作等。
在鑄造生產中，模板、芯盒、壓蠟型、壓鑄模等的製造往往是採用機加工方法，有時還需要鉗工進行修整，費時耗資，而且精度不高。特別是對於一些形狀復雜的鑄件（例如飛機發動機的葉片、船用螺旋槳、汽車、拖拉機的缸體、缸蓋等），模具的製造更是一個巨大的難題。雖然一些大型企業的鑄造廠也備有一些數控機床、仿型銑等高級設備，但除了設備價格昂貴外，模具加工的周期也很長，而且由於沒有很好的軟體系統支持，機床的編程也很困難。快速成型技術的出現，為鑄造的鑄模生產提供了速度更快、精度更高、結構更復雜的保障。
光固化成型技術的研究進展
光固化快速成型製造技術自問世以來在快速製造領域發揮了巨大作用，已成為工程界關注的焦點。光固化原型的製作精度和成型材料的性能成本，一直是該技術領域研究的熱點。目前，很多研究者通過對成型參數、成型方式、材料固化等方面分析各種影響成型精度的因素，提出了很多提高光固化原型的製作精度的方法，如掃描線重疊區域固化工藝、改進的二次曝光法、研究開發用CAD 原始數據直接切片法、在製件加工之前對工藝參數進行優化等，這些工藝方法都可以減小零件的變形、降低殘余應力，提高原型的製作精度。此外，SLA 所用的材料為液態光敏樹脂，其性能的好壞直接影響到成型零件的強度、韌性等重要指標，進而影響到SLA 技術的應用前景。所以近年來在提高成型材料的性能降低成本方面也做了很多的研究，提出了很多有效的工藝方法，如將改性後的納米SiO2 分散到自由基- 陽離子混雜型的光敏樹脂中，可以使光敏樹脂的臨界曝光量增大而投射深度變小，其成型件的耐熱性、硬度和彎曲強度有明顯的提高；又如在樹脂基中加入SiC 晶須，可以提高其韌性和可靠性；開發新型的可見光固化樹脂，這種新型樹脂使用可見光便可固化且固化速度快，對人體危害小，提高生產效率的同時大幅度地降低了成本。
光固化快速成型技術發展到今天已經比較成熟，各種新的成型工藝不斷涌現。下面從微光固化快速成型製造技術和生物醫學兩方面展望SLA 技術。
1 微光固化快速成型製造技術
目前，傳統的SLA 設備成型精度為±0.1mm，能夠較好地滿足一般的工程需求。但是在微電子和生物工程等領域，一般要求製件具有微米級或亞微米級的細微結構，而傳統的SLA 工藝技術已無法滿足這一領域的需求。尤其在近年來，MEMS（MicroElectro-Mechanical Systems）和微電子領域的快速發展，使得微機械結構的製造成為具有極大研究價值和經濟價值的熱點。微光固化快速成型μ-SL（Micro Stereolithography）便是在傳統的SLA 技術方法基礎上，面向微機械結構製造需求而提出的一種新型的快速成型技術。該技術早在20 世紀80 年代就已經被提出，經過將近20 多年的努力研究，已經得到了一定的應用。目前提出並實現的μ-SL 技術主要包括基於單光子吸收效應的μ-SL 技術和基於雙光子吸收效應的μ-SL 技術，可將傳統的SLA 技術成型精度提高到亞微米級，開拓了快速成型技術在微機械製造方面的應用。但是，絕大多數的μ-SL 製造技術成本相當高，因此多數還處於試驗室階段，離實現大規模工業化生產還有一定的距離。因而今後該領域的研究方向為：開發低成本生產技術，降低設備的成本；開發新型的樹脂材料；進一步提高光成型技術的精度；建立μ-SL 數學模型和物理模型，為解決工程中的實際問題提供理論依據；實現μ-SL與其他領域的結合，例如生物工程領域[8] 等。
2 生物醫學領域
光固化快速成型技術為不能製作或難以用傳統方法製作的人體器官模型提供了一種新的方法，基於CT圖像的光固化成型技術是應用於假體製作、復雜外科手術的規劃、口腔頜面修復的有效方法。目前在生命科學研究的前沿領域出現的一門新的交叉學科——組織工程是光固化成型技術非常有前景的一個應用領域。基於SLA技術可以製作具有生物活性的人工骨支架，該支架具有很好的機械性能和與細胞的生物相容性，且有利於成骨細胞的黏附和生長。如圖5 所示為用SLA 技術製作的組織工程支架，在該支架中植入老鼠的預成骨細胞，細胞的植入和黏附效果都很好[9]。