光固化3D打印快速成型技术

周鹏+郭龙+赖书城+马玲+周倩+司朝维

摘 要：立体光固化成型法是研究最深入、应用最广泛的一种快速成形技术，其工艺是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。针对单件批量复杂形状产品的快速制造问题，开展了基于光固化快速成型技术的3D打印技术研究，该研究结果可为后续开展3D打印应用技术研究提供坚实的理论基础。

关键词：光固化；快速成型；3D打印技术；液态光敏树脂

中图分类号：TB324；TP39 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）04-00-02

0 引 言

SLA是“Stereo Lithography Apparatus”的缩写，即立体光固化成型法。SLA 3D打印快速成型技术是一种以数字模型为基础，以液态光敏树脂为材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。随着社会的不断进步，光固化快速3D打印技术在人类发展中愈加重要，其重要性可与电脑相媲美。快速3D打印技术不需要在工厂进行操作，意味着无需机械加工或者任何模具，此举不仅提高了生产效率还降低了生产成本，在3D打印的基础上，SLA光固化成型技术对其做出了更进一步的改善，成为现代技术的发展趋势。

1 光固化3D打印技术立体光固化成型技术简介

光固化3D打印技术立体光固化成型法利用激光照射光敏树脂材料，使液态树脂快速凝固成型，具备高精度、高成型质量的特点，可以加工一些结构外形比较复杂或使用传统手段难于成型的一些原型和模具。如今3D打印存在的问题是速度不快，费时且耗材，而SLA光固化成形3D打印技术可以更为直观的了解产品形态。

SLA光固化成形3D打印技术已普遍存在，其优势显而易见，如打印精度较高、复杂零件制作方便、节省产品开发周期、人工费用降低、少量多品种需求优势明显等。虽然受打印设备、打印耗材及技术方面的制约，打印出来的产品在精度和力学性能方面还不能完全替代传统的制造业，但可与传统制造业形成互补。目前国内外厂商正在研发收缩小、固化快、强度高的光敏材料，也正是这些因素，使SLA光固化成形3D打印机在国内的普及越来越快。

研究的目的是探索光固化高精度3D打印技术SLA的原理，深入了解SLA技术，最后熟练使用SLA技术打印我们理想的模型。

2 光固化3D打印技术立体光固化成型技术原理

在液槽中充满液态光敏树脂，其在激光器所发射的紫外激光束照射下会快速固化。在成型开始时，可升降工作台处于液面以下，为一个截面层厚的高度。通过透镜聚焦后的激光束，按照机器指令将截面轮廓沿液面进行扫描。扫描区域的树脂快速固化，从而完成一层截面加工过程，得到一层塑料薄片。然后工作台下降一层截面层厚的高度，再固化另一层截面。这样层层叠加即可建构三维实体。打印原理如图1所示。

3 光固化3D打印快速成型的应用

在铸造行业，光固化3D打印快速成型可以快速、低成本的制作压蜡模具，制作树脂熔模以替代蜡型。在砂型鑄造中用树脂模具代替木模，可有效提升复杂、薄壁、曲面等结构铸件的质量和成型效率。在工程设计业，用于测试模型制作。在医学方面，可用于三维人体及器官复制，假体的制作、复杂外科手术的术前规划模拟、牙齿种植导板制作。光固化3D打印快速成型技术为快速铸造、小批量铸造、复杂件铸造等问题提供了有效的解决方法。

4 目前SLA 3D打印装置的问题和解决

4.1 SLA 3D打印装置面临的问题

随着科学技术的发展，基于SLA的3D打印机设备功能越来越强大，但现有的SLA原理的3D打印机（激光快速成型机）外形结构比较大，一般左右两部分呈对称结构，左边为加工成型部分，右边为显示控制及电气控制柜部分，设备整体结构较大，内部空间利用率低，外形占地面积大，很小的机型也需要较大空间摆放，为设备的包装、运输带来困难，成本增加，且由于现有设备的长宽尺寸超出常规的房间门宽尺寸，需要破坏墙体或者改门，造型亦不美观。因此，如何设计一种基于SLA的多功能光固化3D打印装置，成为我们当前要解决的问题。

4.2 解决方法

针对目前存在的问题，提出一种实用新型基于SLA的多功能光固化3D打印装置。该种基于SLA的多功能光固化3D打印装置，设备主体成单体结构状，将LCD触摸控制面板独立设置，方便控制和操作，将扫描装置置于树脂槽上，大幅度减小设备主体的外部尺寸，设备占地空间减小，设备制造加工成本大幅度降低，也便于包装和运输，以及便捷维护，而可扫描装置的扫描面积变大，满足了客户对大尺寸工件打印的要求，且设备运行稳定，快速成型和制造系统缩短了产品开发流程，相较于传统工艺流程节省了大量时间和资金。

5 结 语

SLA光固化成形3D打印技术已进入各行各业，在时代的发展中其重要性愈加凸显，可以大胆的想象，在未来，我们将不再需要大规模的生产线，不再需要寸步不离的守候在机床旁，不再需要大量的人力物力，不再产生大量的工业废物。3D打印技术将从根本上改变传统制造业模式，将设计领域提高到一个新的高度。

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