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SLA激光快速成型原理

魔猴君  知識堂   3563天前

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SLA原理

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度的紫外光照射下能迅速發(fā)生光聚合反應,分子量急劇增大,材料也就從液態(tài)轉變成固態(tài)。

液槽中盛滿液態(tài)光固化樹脂,激光束在偏轉鏡作用下,能在液態(tài)表面上掃描,掃描的軌跡及光線的有無均有計算機控制,光點打到的地方,液體就固化。成型開始時,工作平臺在液面下一個確定的深度,聚焦后的光斑在液面上按計算機的指令逐點掃描,即逐點固化。當一層掃描完成后,未被照射的地方仍是液態(tài)樹脂。然后升降臺帶動平臺下降一層高度,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,如此重復直到整個零件制造完畢,得到一個三維實體模型。 SLA方法是目前快速成型技術領域中研究得最多的方法,也是技術上最為成熟的方法。SLA工藝成型的零件精度較高,加工精度一般可達到0.1mm,原材料利用率近100%。

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成型技術特點

快速成型技術具有一下幾個重要特征: 1)可以制造任意復雜的三維幾何實體。由于采用離散/堆積成型的原理,它將一個十分復雜的三維制造過程簡化為二維過程的疊加,可實現(xiàn)對任意復雜形狀零件的加工。越是復雜的零件越能顯示出RP技術的優(yōu)越性。此外,RP技術特別適合復雜型腔、復雜型面等傳統(tǒng)方法難以制造甚至無法制造的零件。 2)快速性。通過對一個CAD模型的修改或重組就可獲得一個新零件的設計和加工信息。從幾個小時到幾十個小時就可制造出零件,具有快速制造的突出特點。 3)高度柔性。無需任何專用夾具或工具即可完成復雜的制造過程,快速制造工模型、原型或零件。 4)快速成型技術實現(xiàn)了機械工程學科多年來追求的兩大先進目標,即材料的提?。?、液、固相)過程與制造過程一體化和設計(CAD)與制造(CAM)一體化。 5)與逆向工程(ReverseEngineering)、CAD技術、網(wǎng)絡技術、虛擬現(xiàn)實等相結合,成為產(chǎn)品快速開發(fā)的有力工具。 


流程示意
快速成型的工藝過程具體如下: 
1)產(chǎn)品的三維模型的構建。由于RP系統(tǒng)是由三維CAD模型直接驅動,因此首先要構建所加工工件的三維CAD模型。該三維CAD模型可以利用計算機輔助設計軟件(如Pro/E,I-DEAS, Solid Works,UG等)直接構建,也可以將已有產(chǎn)品的二維圖樣進行轉換而形成三維模型,或對產(chǎn)品實體進行激光掃描、CT斷層掃描,得到點云數(shù)據(jù),然后利用反求工程的方法來構造三維模型。 
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度的紫外光照射下能迅速發(fā)生光聚合反應,分子量急劇增大,材料也就從液態(tài)轉變成固態(tài)。液槽中盛滿液態(tài)光固化樹脂,激光束在偏轉鏡作用下,能在液態(tài)表面上掃描,掃描的軌跡及光線的有無均有計算機控制,光點打到的地方,液體就固化。成型開始時,工作平臺在液面下一個確定的深度,聚焦后的光斑在液面上按計算機的指令逐點掃描,即逐點固化。當一層掃描完成后,未被照射的地方仍是液態(tài)樹脂。然后升降臺帶動平臺下降一層高度,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,如此重復直到整個零件制造完畢,得到一個三維實體模型。 
3)成型零件的后處理。

從成型系統(tǒng)里取出成型件,進行打磨、拋光、涂掛,或放在高溫爐中進行后燒結,進一部提高其強度。

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材料性能

光敏樹脂是激光固化快速成型制作的基材,其性能特征對成型零件的質量具有決定性影響。用SL法光固化樹脂一般應具有以下性能: 
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)濟效益; 
3) 固化收縮小,光敏樹脂在固化過程中,經(jīng)過一個從液態(tài)向固態(tài)轉變的變化過程,這種變化常會引起樹脂的線性和體積收縮,固化收縮導致零件產(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,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)強度高,較高的濕態(tài)強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。 


SLA成型件的主要應用 
1)直接制作各種樹脂樣品件或功能件,用作結構驗證和功能測試; 
2)制作精細零件; 
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。 
   
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