第二章液态光敏聚合物选择性固化

第二章液态光敏聚合物选择性固化第1页，课件共36页，创作于2023年2月第二章快速成型工艺液态光敏聚合物选择性固化(光固化成型）第2页，课件共36页，创作于2023年2月一．概述

液态光敏聚合物选择性固化（StereoLithographyApparatus，简称SLA），又称立体平板印刷技术，或称光固化立体造型，是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种快速成形方法。在国际市场上占的份额最大，约为78％左右。第3页，课件共36页，创作于2023年2月二．光固化立体成形（SLA）装置第4页，课件共36页，创作于2023年2月三．SLA成形原理1.利用计算机控制下的紫外激光，按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹逐点扫描，使被扫描区的光敏树脂薄层产生光聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面；第5页，课件共36页，创作于2023年2月SLA成形原理2.当一层固化完毕，移动升降台，在原先固化的树脂表面上再敷上一层新的液态树脂（自动过程，依靠树脂的流动性），刮刀刮去多余的树脂；第6页，课件共36页，创作于2023年2月SLA成形原理3.激光束对新一层树脂进行扫描固化，使新固化的一层牢固地粘合在前一层上；4.重复（2）步和（3）步，至整个零件原型制造完毕。最后升降台升出液体树脂表面，即可取出工件，进行清洗和表面光洁处理。第7页，课件共36页，创作于2023年2月四．SLA成形系统的组成

及各部分的作用SLA成形系统由激光器、X－Y运动装置、光敏液态聚合物、液槽、升降台、刮刀和控制软件组成。第8页，课件共36页，创作于2023年2月SLA成形系统的组成

及各部分的作用1.激光器作用：产生激光SLA成形系统的激光器大多以紫外线为光源。第9页，课件共36页，创作于2023年2月SLA成形系统的组成

及各部分的作用SLA用激光器有两种类型：氦－镉（He－Cd）激光器，输出功率15～50mW（毫瓦），属于低能量激光，输出波长325nm，激光器寿命2000h。氩（Ar）激光器，输出功率100～500mW（毫瓦），属于高能量激光，输出波长351～365nm，激光器寿命约5000h。第10页，课件共36页，创作于2023年2月SLA成形系统的组成

及各部分的作用激光光斑直径一般为0.05～3.00m，激光位置精度可达0.008mm，重复精度可达0.13mm。第11页，课件共36页，创作于2023年2月SLA成形系统的组成

及各部分的作用激光束扫描装置有两种方式：1.电流计驱动的扫描镜方式，适合于制造尺寸较小的高精度原型件。2.X－Y绘图仪方式，适合于制造大尺寸的高精度原型件。第12页，课件共36页，创作于2023年2月SLA成形系统的组成

及各部分的作用2.液槽作用：盛放光敏树脂采用不锈钢制作，其尺寸由原型件尺寸决定。第13页，课件共36页，创作于2023年2月SLA成形系统的组成

及各部分的作用3.升降台作用：控制成形工件的升降。由电机控制，最小步距在0.02mm以下。第14页，课件共36页，创作于2023年2月SLA成形系统的组成

及各部分的作用4.刮刀作用：保证新一层树脂迅速、均匀的涂覆在已固化的层上，保证每一层厚度均匀。第15页，课件共36页，创作于2023年2月SLA成形系统的组成

及各部分的作用5数字控制系统和数字软件作用：1.使CAD模型转化成适合于立体印刷成形的文件格式，即STL格式，然后对模型进行平面分层，得到每一个截面的形状。2.控制激光器、激光束扫描装置、升降台、刮刀的运动。第16页，课件共36页，创作于2023年2月五．SLA成形的工艺过程第17页，课件共36页，创作于2023年2月五．SLA成形的工艺过程1.模型设计在CAD造型软件中完成原型件的几何建模，并将其转化成STL格式。2.模型切片模型切片指用专用的分层软件对STL格式文件进行分层处理，得到每一层的截面图形及有关的网格矢量数据，用于控制激光束的轨迹。模型切片还包括层厚、建立模式、固化深度、扫描速度、网格间距、线宽补偿值、收缩补偿因子的选择和确定。第18页，课件共36页，创作于2023年2月五．SLA成形的工艺过程3.工件建立工件建立指液态光敏树脂逐层固化得到原型件的过程。

工作台初始时在液态光敏树脂液面下一个层厚的距离，通常是0.125~0.75mm。每固化一层工作台下降一个层厚的高度。第19页，课件共36页，创作于2023年2月五．SLA成形的工艺过程4.后固化处理后固化处理指的是用很强的紫外光照射刚成形的原型件，使之充分固化。原因：刚刚建立的原型件强度低，通过后固化处理才可达到要求的性能。固化时间一般为30min。第20页，课件共36页，创作于2023年2月六．SLA成形后处理在叠层制备完成后，需要进行剥离等后处理工作，以便去除废料和支撑结构等．对于光固化成型方法成型的原型，还要进行后固化处理等，具体为：１．叠层结束后，工作台升出，停留几分钟，凉干多余树脂２．用酒精等清洗原型和工作台３．由外向内取出原型，去除支撑结构４．再次清洗后置于烘箱进行整体固化第21页，课件共36页，创作于2023年2月八．SLA原型的变化和控制１．树脂收缩及原因：树脂会发生收缩．收缩原因：固化收缩和温度变化的热胀冷缩２．零件成型过程中树脂收缩产生的变形：翘曲３．零件后固化时收缩产生变形第22页，课件共36页，创作于2023年2月九．SLA用的材料1.对材料的要求:(1)固化快,几秒钟固化(2)不需要加热,见光固化(3)可配成无溶剂产品,减少污染2.根据光引发剂引发机理的不同，SLA采用的材料有３种：自由基树脂,主要有:丙烯酸树脂（AcrylicResin），阳离子树脂,主要有:环氧化合物树脂（Epoxy），混杂树脂．第23页，课件共36页，创作于2023年2月十．SLA成形过程中的

操作事项1.SLA在建立原型件的过程中要设计支撑支撑的作用：其一是支撑原型件的悬臂或是中空的结构，以顺利建立原型件；其二是使原型件坚固地黏结在建立的底座上，从而避免底座浸入液槽和刮刀刮平表面树脂时，原型件飘起。第24页，课件共36页，创作于2023年2月十．支持结构1、支撑的要求：支撑在原型件建立后应能方便的去除，所以要考虑其结构，在能够稳定支撑的前提下，尽量设计成容易去除的结构，如细丝状的网状结构。第25页，课件共36页，创作于2023年2月2、支持的作用：对成型特殊的工件（上表面横截面积大，下表面小的工件）需要用到支持结构，在成型过程中对工件起支持作用3、支持带来缺点：在除去支持时对工件会产生一定的破坏，导致精度问题。第26页，课件共36页，创作于2023年2月十一．SLA成形的优缺点一.SLA快速原型技术的优点1.系统工作稳定。系统一旦开始工作，构建零件的全过程完全自动运行，无需专人看管，直到整个工艺过程结束。第27页，课件共36页，创作于2023年2月十一．SLA成形的优点2.尺寸精度较高，可确保工件的尺寸精度在0.1mm以内。但国内SLA工件的精度在0.1—0.3mm之间，并且存在一定的波动性。

第28页，课件共36页，创作于2023年2月十一．SLA成形的优点3.表面质量较好，工件的最上层表面很光滑，侧面可能有台阶不平及不同层面间的曲面不平。

第29页，课件共36页，创作于2023年2月十一．SLA成形的优点4.系统分辨率较高，因此能构建复杂结构的工件。5.成形速度较快。第30页，课件共36页，创作于2023年2月十二．SLA快速原型技术的缺点1.需要专门实验室环境，维护费用高昂。2、成型件需要后处理，二次固化，防潮处理等工序。第31页，课件共36页，创作于2023年2月十二．SLA快速原型技术的缺点3.光敏树脂固化后较脆，易断裂，可加工性不好；工作温度不能超过100℃，成形件易吸湿膨胀，抗腐蚀能力不强。随着时间推移，树脂会吸收空气中的水分，使聚合物收缩产生内部应力，导致软薄部分的弯曲和卷翅。

第32页，课件共36页，创作于2023年2月十二．SLA快速原型技术的缺点4.氦-镉激光管的寿命仅2000小时，价格较昂贵，运行费用高。5.可选择的材料种类有限，必须是光敏树脂。由这类树脂制成的工件在大多数情况下都不能进行耐久性和热性能试验，且光敏树脂对环境有污染，使皮肤过敏。第33页，课件共36页，创作于2023年2月十二．SLA快速原型技术的缺点6.需要设计工件的支撑结构，以便确保在成型过程中制作的每一个结构部位都能可靠定位。支撑结构需在未完全固化时手工去除，容易破坏成型件。第34页，课件共36页，创作于2023年2月十三．SLA成形的用途

SLA快速原型技术适合于制作中小形工件，能直接得到塑料产品。主要用于概念模型的原型制作，或用来做装配检验和工艺规