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SLA激光快速成型原理

Release time:2018-08-29

SLA原理

SLA工艺也称光造型或立体光刻,是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长和强度的紫外光照射下能迅速发生光聚合反应,分子量急剧增大,材料也就从液态转变成固态。

液槽中盛满液态光固化树脂,激光束在偏转镜作用下,能在液态表面上扫描,扫描的轨迹及光线的有无均有计算机控制,光点打到的地方,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,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,已成型的层面上又布满一层树脂,刮板将粘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粘在前一层上,如此重复直到整个零件制造完毕,得到一个三维实体模型。 SLA方法是目前快速成型技术领域中研究得最多的方法,也是技术上最为成熟的方法。SLA工艺成型的零件精度较高,加工精度一般可达到0.1mm,原材料利用率近100%。


成型技术特点

快速成型技术具有一下几个重要特征: 1)可以制造任意复杂的三维几何实体。由于采用离散/堆积成型的原理,它将一个十分复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加,可实现对任意复杂形状零件的加工。越是复杂的零件越能显示出RP技术的优越性。此外,RP技术特别适合复杂型腔、复杂型面等传统方法难以制造甚至无法制造的零件。 2)快速性。通过对一个CAD模型的修改或重组就可获得一个新零件的设计和加工信息。从几个小时到几十个小时就可制造出零件,具有快速制造的突出特点。 3)高度柔性。无需任何专用夹具或工具即可完成复杂的制造过程,快速制造工模型、原型或零件。 4)快速成型技术实现了机械工程学科多年来追求的两大先进目标,即材料的提取(气、液、固相)过程与制造过程一体化和设计(CAD)与制造(CAM)一体化。 5)与逆向工程(ReverseEngineering)、CAD技术、网络技术、虚拟现实等相结合,成为产品快速开发的有力工具。 

 

流程示意
快速成型的工艺过程具体如下: 
1)产品的三维模型的构建。由于RP系统是由三维CAD模型直接驱动,因此首先要构建所加工工件的三维CAD模型。该三维CAD模型可以利用计算机辅助设计软件(如Pro/E,I-DEAS, Solid Works,UG等)直接构建,也可以将已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型,或对产品实体进行激光扫描、CT断层扫描,得到点云数据,然后利用反求工程的方法来构造三维模型。 
2)SLA激光快速成型
SLA工艺也称光造型或立体光刻,是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长和强度的紫外光照射下能迅速发生光聚合反应,分子量急剧增大,材料也就从液态转变成固态。液槽中盛满液态光固化树脂,激光束在偏转镜作用下,能在液态表面上扫描,扫描的轨迹及光线的有无均有计算机控制,光点打到的地方,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,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,已成型的层面上又布满一层树脂,刮板将粘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粘在前一层上,如此重复直到整个零件制造完毕,得到一个三维实体模型。 
3)成型零件的后处理。

从成型系统里取出成型件,进行打磨、抛光、涂挂,或放在高温炉中进行后烧结,进一部提高其强度。

 

材料性能

光敏树脂是激光固化快速成型制作的基材,其性能特征对成型零件的质量具有决定性影响。用SL法光固化树脂一般应具有以下性能: 
1)粘度低,低粘度树脂有利于成型中树脂较快流平; 
2)固化速度快,树脂的固化速度直接影响成型的效率,从而影响到经济效益; 
3) 固化收缩小,光敏树脂在固化过程中,经过一个从液态向固态转变的变化过程,这种变化常会引起树脂的线性和体积收缩,固化收缩导致零件产生变形、翘曲、开裂等,从而影响到成型零件的精度,降低树脂的收缩量是光敏树脂研制过程中的主要目标,低收缩性树脂有利于成型出搞精度零件; 
4) 一次固化程度高,这样可以减少后固化收缩,从而减少后固化变形; 
5) 湿态强度高,较高的湿态强度可以保证后固化过程不产生变形、膨胀及层间剥离; 
6) 溶胀小,湿态成型件在液态树脂样品件在液态树脂中的溶胀会造成零件尺寸偏大; 

7) 毒性小,这有利于操作者的健康和不造成环境污染。 

 

SLA成型件的主要应用 
1)直接制作各种树脂样品件或功能件,用作结构验证和功能测试; 
2)制作精细零件; 
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种模具,如硅橡胶模、金属冷喷模、陶瓷模、电铸模、环氧树脂模、消失模等; 
5)代替熔模精密铸造中的消失模用来生产金属零件。 
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