3D打印应用技术与创新 第2版 课件 项目4、5 光固化成型工艺（SLA）、叠层实体制造工艺（LOM）

项目四光固化成型工艺（SLA）3D打印技术（亦称增材制造）已发展成为融合材料设计、制造工艺、应用开发为一体的功能化制造技术。聚酰亚胺作为3D打印成型一种特种工程材料，已广泛应用于航空、航天、微电子、纳米、液晶等领域。然而，对于聚酰亚胺开展复杂成形与数字加工极为困难，造成其应用对象受限。只有创新才有发展，只有发展才有出路。创新是一个民族发展进步的灵魂精神，是一个国家兴旺发达的不竭动力，新时代青年要具备创新的意识，发扬创新的精神，不断开拓，实现新发展。翻转课堂的起源翻转课堂与传统课堂的对比光固化成型工艺原理光固化成型工艺特点4.14.24.34.44.5

光固化成型技术以光敏树脂为原料，利用光能的化学和热作用使树脂材料固化，通过计算机控制光源的移动使其凝固成型。传统的光固化成型工艺主要以激光作为光源的扫描线扫描方式。随着光固化成型工艺的发展，又产生了以LCD、DLP投影灯作为光源的面扫描式成型工艺。4.1光固化成型工艺原理4.1光固化成型工艺原理1.

激光扫描光固化成型4.1光固化成型工艺原理2.面扫描光固化成型4.2光固化成型工艺特点一、光固化成型工艺的优点：1.尺寸精度高。SLA原型的尺寸精度可以达到±0.1mm。2.成型过程自动化程度高。SLA系统非常稳定，加工开始后，成型过程可以完全自动化，直至原型制作完成。3.表面质量较好。虽然在每层固化时侧面及曲面可能出现台阶，但上表面仍可得到玻璃状的效果。

4.可以制作结构十分复杂的模型。5.可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型。4.2光固化成型工艺特点二、光固化成型工艺的缺点：1.制件易变形。成型过程中材料发生物理和化学变化，制件较易弯曲。2.需要设计工件的支撑结构，否则会引起成型件变形。3.设备运转及维护成本较高。液态树脂材料和激光器的价格较高。4.可使用的材料种类较少。目前可用的材料主要为感光性的液态树脂材料。5.液态树脂具有气味和毒性，并且需要避光保护。6.成型后的原型树脂一般并未完全固化，为提高模型的使用性能和尺寸稳定性，通常需要二次固化。4.3光固化成型工艺过程光固化成型技术的工艺过程如图所示。一、CAD模型创建及数据转换二、模型摆放及添加支撑4.3光固化成型工艺过程三、模型切片分层四、分层叠加成形过程五、后处理4.3光固化成型工艺过程

整个零件完整成型后，需要借助工具从成型设备上取下，进行零件的清洗、未固化树脂排出、支撑去除、表面打磨和涂覆等处理，以后将制件置于大功率紫外灯箱中作进一步的内腔固化。一、光固化成型加工材料的基本要求4.4光固化成型工艺的适用材料

光敏性好，受到加工光照迅速固化。加工固化后质量高。非加工状态下稳定性好。环境友好性，应当是无毒、无污染的，以避免对加工者和环境造成危害。较低的成本。为了能使光固化成型加工更易推广。二、光敏树脂4.4光固化成型工艺的适用材料

基于光固化成型加工方式的要求，光敏树脂类材料成了目前应用最为广泛、主流的光固化成型3D打印材料。所谓光敏树脂又被称为UV（UltravioletRays）树脂，是一种对紫外线敏感的正常（加工之前）形态为液态的树脂。目前应用的光敏树脂有多种，其成分也不尽相同。但典型光固化成型用光敏树脂均由以下几种基本成分组成：低分子聚合物、活性单体、光引发剂、填料和助剂。三、光敏树脂的分类4.4光固化成型工艺的适用材料根据光引发剂的引发机理，光固化树脂可以分为三类：自由基光固化树脂、阳离子光固化树脂和混杂型光固化树脂。四、光敏树脂研究现状光固化成型误差分类4.5光固化成型工艺的精度一、前期数据处理误差

1.STL格式文件转换误差4.5光固化成型工艺的精度

2.分层处理误差4.5光固化成型工艺的精度4.5光固化成型工艺的精度二、成型加工误差1.机器误差设备误差主要是成型机造成的，也就是所谓设备误差。设备误差是提高制件精度的硬件基础，不容忽视。设备误差主要是体现在三个方向上。工作台轴方向的运动误差。X、Y方向同步带变形。成型制作的扫描工作中，还会存在另外两个问题：其一，制成件精度会受系统运动惯性左右。其二，扫描机构振动对成型制件精度的影响。4.5光固化成型工艺的精度2.树脂收缩变形产生的误差光固化成型工艺中，制件的质量产生影响的主要因素是光敏树脂固液态的变化。液态光敏树脂在固化过程中都会发生收缩，收缩会在工件内产生内应力，沿层厚从正在固化的层表面向下，随固化程度不同，层内应力呈梯度分布。在层与层之间，新固化层收缩时要受到层间粘合力限制。层内应力和层间应力的合力作用致使工件产生翘曲变形。4.5光固化成型工艺的精度3.加工参数设置误差4.5光固化成型工艺的精度三、后处理误差光固化快速成型过程完成后，要从成型机上将已成型的制件取出，将支撑结构剥离，如果工件内有没有被凝结充分的树脂还需进行再次固化处理。之后还要对实体原型进行后处理，即抛光、上色和打磨等，依然会影响制成件精度。现将其主要影响分为以下三种：4.5光固化成型工艺的精度三、后处理误差光固化快速成型过程完成后，要从成型机上将已成型的制件取出，将支撑结构剥离，如果工件内有没有被凝结充分的树脂还需进行再次固化处理。之后还要对实体原型进行后处理，即抛光、上色和打磨等，依然会影响制成件精度。现将其主要影响分为以下三种：去除支撑引起的误差，湿度、温度以及自然光等环境情况的影响产生的制件精度误差，二次固化处理及表面处理产生的误差。课堂作业课堂作业

光固化成型对材料的要求？ThankYou!项目五叠层实体制造工艺（LOM）

目前我国的高端3D打印技术，主要是应用在航空航天，工业机械以及航空发动机等领域关键部件的制造上。应用3D打印技术，几乎能制造出任何复杂结构的零件，且能实现减重，这是传统技术无法相提并论的。同时，中国是第一个掌握了大型构件激光立体成形技术的国家，复杂精密金属结构件的增材制造装备与应用已达到世界先进水平，并且第一个将其应用在了战斗机和民航客机上。翻转课堂的起源翻转课堂与传统课堂的对比叠层实体制造工艺原理叠层实体制造工艺特点5.15.25.35.45.5

用CO2激光器在刚粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工件外框，并在截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的网格；激光切割完成后，工作台带动已成形的工件下降，与带状片材(料带)分离；供料机构转动收料轴和供料轴，带动料带移动，使新层移到加工区域；工作台上升到加工平面；热压辊热压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚；再在新层上切割截面轮廓5.1叠层实体制造工艺原理5.1叠层实体制造工艺原理

叠层实体制造成型工件5.1叠层实体制造工艺原理

一、光叠层实体制造优点：1.制作精度高，翘曲变形较小；2.成型速度较快，易于制造大型零件；该工艺只需在片材上切割出零件截面的轮廓，而不用扫描整个截面，因此常用于加工内部结构简单的大型零件。3.原材料价格便宜，原型制作成本低；4.成型时无须设计支承，前期处理的工作量小；5.原型具有较高的硬度和较好的力学性能，可进行切削加工。5.2叠层实体制造工艺特点

二、叠层实体制造缺点1.材料利用率低，并且废料不能重复利用；2.工件表面有台阶纹，其高度为材料的厚度（通常为0.1mm）。因此表面质量相对较差，成型后需进行表面打磨；3.工件易吸湿膨胀变形，成型后应尽快进行表面防潮处理；4.工件特别是薄壁件的抗拉强度和弹性不够好；5.去除废料的工作比较费时，并且有些废料剥离比较困难；6.叠层方向和垂直于叠层方向上的机械特性差异非常大。5.2叠层实体制造工艺特点

LOM成型的一般工艺过程：5.3叠层实体制造工艺过程

叠层块的湿变形引起的尺寸和重量变化：5.3叠层实体制造工艺过程

打磨成型表面：5.3叠层实体制造工艺过程

表面涂覆渗透：5.3叠层实体制造工艺过程

抛光后的表面：5.3叠层实体制造工艺过程

一、叠层实体制造工艺材料之一———纸5.4叠层实体制造工艺的适用材料（1）纸纤维的组织结构要好。（2）纸的厚薄要适中。（3）要有一定的力学性能，能承受一定的拉力。（4）涂胶后的纸厚薄必须均匀。1.纸的要求

5.4叠层实体制造工艺的适用材料（1）多孔性（2）反应性（3）化学特性和机械特性2.纸的一般特性

5.4叠层实体制造工艺的适用材料

纤维结构较长较粗大，在各个方向上交织紧密，就具有较强的力学性能，可有效改善剥离分层。表面纤维具有一定的空隙，有利于胶的渗透和粘合。3.纸的性能与结构的关系

二、叠层实体制造工艺材料之一———热熔胶5.4叠层实体制造工艺的适用材料（1）熔点不太高(70一120O℃)，室温固化比较快，有利于涂布。（2）熔融状态下与纸具有较好的涂挂性和涂匀性。（3）在纸纤维中有一定的渗透能力，和纸有较好的润湿性和亲和性，粘结牢固。（4）吸湿性较低，在制件保存过程中不会引起较大的形变。（5）有利于废料的剥离，后处理方便。1.叠层实体制造工艺用胶的基本要求

5.4叠层实体制造工艺的适用材料

热熔胶在一定温度范围内熔融具有一定的流动性在LOM机的加热辊下，把纸层层牢固粘合。切割时如果在激光的能量范围内，热熔胶能够发生分解或炭化，将有利于废料剥离。2.热熔胶的一般性能

5.5叠层实体制造工艺的精度一、分层切片产生误差1.分层产生的台阶误差分析2.减小