第二章液態(tài)光敏聚合物選擇性固化

第二章液態(tài)光敏聚合物選擇性固化第一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日第二章快速成型工藝液態(tài)光敏聚合物選擇性固化(光固化成型）第二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日一．概述

液態(tài)光敏聚合物選擇性固化（StereoLithographyApparatus，簡(jiǎn)稱SLA），又稱立體平板印刷技術(shù)，或稱光固化立體造型，是目前世界上研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種快速成形方法。在國(guó)際市場(chǎng)上占的份額最大，約為78％左右。第三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日二．光固化立體成形（SLA）裝置第四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日三．SLA成形原理1.利用計(jì)算機(jī)控制下的紫外激光，按預(yù)定零件各分層截面的輪廓為軌跡逐點(diǎn)掃描，使被掃描區(qū)的光敏樹(shù)脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)，從而形成零件的一個(gè)薄層截面；第五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日SLA成形原理2.當(dāng)一層固化完畢，移動(dòng)升降臺(tái)，在原先固化的樹(shù)脂表面上再敷上一層新的液態(tài)樹(shù)脂（自動(dòng)過(guò)程，依靠樹(shù)脂的流動(dòng)性），刮刀刮去多余的樹(shù)脂；第六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日SLA成形原理3.激光束對(duì)新一層樹(shù)脂進(jìn)行掃描固化，使新固化的一層牢固地粘合在前一層上；4.重復(fù)（2）步和（3）步，至整個(gè)零件原型制造完畢。最后升降臺(tái)升出液體樹(shù)脂表面，即可取出工件，進(jìn)行清洗和表面光潔處理。第七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日四．SLA成形系統(tǒng)的組成

及各部分的作用SLA成形系統(tǒng)由激光器、X－Y運(yùn)動(dòng)裝置、光敏液態(tài)聚合物、液槽、升降臺(tái)、刮刀和控制軟件組成。第八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日SLA成形系統(tǒng)的組成

及各部分的作用1.激光器作用：產(chǎn)生激光SLA成形系統(tǒng)的激光器大多以紫外線為光源。第九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日SLA成形系統(tǒng)的組成

及各部分的作用SLA用激光器有兩種類型：氦－鎘（He－Cd）激光器，輸出功率15～50mW（毫瓦），屬于低能量激光，輸出波長(zhǎng)325nm，激光器壽命2000h。氬（Ar）激光器，輸出功率100～500mW（毫瓦），屬于高能量激光，輸出波長(zhǎng)351～365nm，激光器壽命約5000h。第十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日SLA成形系統(tǒng)的組成

及各部分的作用激光光斑直徑一般為0.05～3.00m，激光位置精度可達(dá)0.008mm，重復(fù)精度可達(dá)0.13mm。第十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日SLA成形系統(tǒng)的組成

及各部分的作用激光束掃描裝置有兩種方式：1.電流計(jì)驅(qū)動(dòng)的掃描鏡方式，適合于制造尺寸較小的高精度原型件。2.X－Y繪圖儀方式，適合于制造大尺寸的高精度原型件。第十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日SLA成形系統(tǒng)的組成

及各部分的作用2.液槽作用：盛放光敏樹(shù)脂采用不銹鋼制作，其尺寸由原型件尺寸決定。第十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日SLA成形系統(tǒng)的組成

及各部分的作用3.升降臺(tái)作用：控制成形工件的升降。由電機(jī)控制，最小步距在0.02mm以下。第十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日SLA成形系統(tǒng)的組成

及各部分的作用4.刮刀作用：保證新一層樹(shù)脂迅速、均勻的涂覆在已固化的層上，保證每一層厚度均勻。第十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日SLA成形系統(tǒng)的組成

及各部分的作用5數(shù)字控制系統(tǒng)和數(shù)字軟件作用：1.使CAD模型轉(zhuǎn)化成適合于立體印刷成形的文件格式，即STL格式，然后對(duì)模型進(jìn)行平面分層，得到每一個(gè)截面的形狀。2.控制激光器、激光束掃描裝置、升降臺(tái)、刮刀的運(yùn)動(dòng)。第十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日五．SLA成形的工藝過(guò)程第十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日五．SLA成形的工藝過(guò)程1.模型設(shè)計(jì)在CAD造型軟件中完成原型件的幾何建模，并將其轉(zhuǎn)化成STL格式。2.模型切片模型切片指用專用的分層軟件對(duì)STL格式文件進(jìn)行分層處理，得到每一層的截面圖形及有關(guān)的網(wǎng)格矢量數(shù)據(jù)，用于控制激光束的軌跡。模型切片還包括層厚、建立模式、固化深度、掃描速度、網(wǎng)格間距、線寬補(bǔ)償值、收縮補(bǔ)償因子的選擇和確定。第十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日五．SLA成形的工藝過(guò)程3.工件建立工件建立指液態(tài)光敏樹(shù)脂逐層固化得到原型件的過(guò)程。

工作臺(tái)初始時(shí)在液態(tài)光敏樹(shù)脂液面下一個(gè)層厚的距離，通常是0.125~0.75mm。每固化一層工作臺(tái)下降一個(gè)層厚的高度。第十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日五．SLA成形的工藝過(guò)程4.后固化處理后固化處理指的是用很強(qiáng)的紫外光照射剛成形的原型件，使之充分固化。原因：剛剛建立的原型件強(qiáng)度低，通過(guò)后固化處理才可達(dá)到要求的性能。固化時(shí)間一般為30min。第二十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日六．SLA成形后處理在疊層制備完成后，需要進(jìn)行剝離等后處理工作，以便去除廢料和支撐結(jié)構(gòu)等．對(duì)于光固化成型方法成型的原型，還要進(jìn)行后固化處理等，具體為：１．疊層結(jié)束后，工作臺(tái)升出，停留幾分鐘，涼干多余樹(shù)脂２．用酒精等清洗原型和工作臺(tái)３．由外向內(nèi)取出原型，去除支撐結(jié)構(gòu)４．再次清洗后置于烘箱進(jìn)行整體固化第二十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日八．SLA原型的變化和控制１．樹(shù)脂收縮及原因：樹(shù)脂會(huì)發(fā)生收縮．收縮原因：固化收縮和溫度變化的熱脹冷縮２．零件成型過(guò)程中樹(shù)脂收縮產(chǎn)生的變形：翹曲３．零件后固化時(shí)收縮產(chǎn)生變形第二十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日九．SLA用的材料1.對(duì)材料的要求:(1)固化快,幾秒鐘固化(2)不需要加熱,見(jiàn)光固化(3)可配成無(wú)溶劑產(chǎn)品,減少污染2.根據(jù)光引發(fā)劑引發(fā)機(jī)理的不同，SLA采用的材料有３種：自由基樹(shù)脂,主要有:丙烯酸樹(shù)脂（AcrylicResin），陽(yáng)離子樹(shù)脂,主要有:環(huán)氧化合物樹(shù)脂（Epoxy），混雜樹(shù)脂．第二十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日十．SLA成形過(guò)程中的

操作事項(xiàng)1.SLA在建立原型件的過(guò)程中要設(shè)計(jì)支撐支撐的作用：其一是支撐原型件的懸臂或是中空的結(jié)構(gòu)，以順利建立原型件；其二是使原型件堅(jiān)固地黏結(jié)在建立的底座上，從而避免底座浸入液槽和刮刀刮平表面樹(shù)脂時(shí)，原型件飄起。第二十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日十．支持結(jié)構(gòu)1、支撐的要求：支撐在原型件建立后應(yīng)能方便的去除，所以要考慮其結(jié)構(gòu)，在能夠穩(wěn)定支撐的前提下，盡量設(shè)計(jì)成容易去除的結(jié)構(gòu)，如細(xì)絲狀的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。第二十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日2、支持的作用：對(duì)成型特殊的工件（上表面橫截面積大，下表面小的工件）需要用到支持結(jié)構(gòu)，在成型過(guò)程中對(duì)工件起支持作用3、支持帶來(lái)缺點(diǎn)：在除去支持時(shí)對(duì)工件會(huì)產(chǎn)生一定的破壞，導(dǎo)致精度問(wèn)題。第二十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日十一．SLA成形的優(yōu)缺點(diǎn)一.SLA快速原型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1.系統(tǒng)工作穩(wěn)定。系統(tǒng)一旦開(kāi)始工作，構(gòu)建零件的全過(guò)程完全自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需專人看管，直到整個(gè)工藝過(guò)程結(jié)束。第二十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日十一．SLA成形的優(yōu)點(diǎn)2.尺寸精度較高，可確保工件的尺寸精度在0.1mm以內(nèi)。但國(guó)內(nèi)SLA工件的精度在0.1—0.3mm之間，并且存在一定的波動(dòng)性。

第二十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日十一．SLA成形的優(yōu)點(diǎn)3.表面質(zhì)量較好，工件的最上層表面很光滑，側(cè)面可能有臺(tái)階不平及不同層面間的曲面不平。

第二十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日十一．SLA成形的優(yōu)點(diǎn)4.系統(tǒng)分辨率較高，因此能構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)的工件。5.成形速度較快。第三十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日十二．SLA快速原型技術(shù)的缺點(diǎn)1.需要專門(mén)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，維護(hù)費(fèi)用高昂。2、成型件需要后處理，二次固化，防潮處理等工序。第三十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日十二．SLA快速原型技術(shù)的缺點(diǎn)3.光敏樹(shù)脂固化后較脆，易斷裂，可加工性不好；工作溫度不能超過(guò)100℃，成形件易吸濕膨脹，抗腐蝕能力不強(qiáng)。隨著時(shí)間推移，樹(shù)脂會(huì)吸收空氣中的水分，使聚合物收縮產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，導(dǎo)致軟薄部分的彎曲和卷翅。

第三十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日十二．SLA快速原型技術(shù)的缺點(diǎn)4.氦-鎘激光管的壽命僅2000小時(shí)，價(jià)格較昂貴，運(yùn)行費(fèi)用高。5.可選擇的材料種類有限，必須是光敏樹(shù)脂。由這類樹(shù)脂制成的工件在大多數(shù)情況下都不能進(jìn)行耐久性和熱性能試驗(yàn)，且光敏樹(shù)脂對(duì)環(huán)境有污染，使皮膚過(guò)敏。第三十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日十二．SLA快速原型技術(shù)的缺點(diǎn)6.需要設(shè)計(jì)工件的支撐結(jié)構(gòu)，以便確保在成型過(guò)程中制作的每一個(gè)結(jié)構(gòu)部位都能可靠定位。支撐結(jié)構(gòu)需在未完全固化時(shí)手工去除，容易破壞成型件。第三十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日十三．SLA成形的用途

SLA快速原型技術(shù)適合于制作中小形工件，能直接得到塑料產(chǎn)品。主要用于概念模型的原型制作，或用來(lái)做裝配檢驗(yàn)和工藝規(guī)劃