任务二
SLA技术

学习目标

1.掌握SLA技术的工作原理及特点。

2.认识并掌握SLA技术的成型材料及设备。

3.了解SLA技术在工业上的应用。

任务描述

通过老师讲解、观看视频或现场考察等掌握什么是光固化成型技术。通过师生互动、分组讨论进一步了解该技术独有的特点、成型材料、设备及应用领域。

知识平台

一、SLA技术原理

SLA技术又被称为立体光刻成型技术，其技术原理如图2-8所示。液槽中盛满液态光敏树脂，氦-镉激光器或氩离子激光器发出的紫外激光束，在控制系统的控制下按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐层扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。一层固化完毕后，工作台下移一个层厚的距离，以便在固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，刮板将黏度较大的树脂液面刮平，然后进行下一层的扫描加工。新固化的一层牢固地黏结在前一层上，如此重复直至整个零件制造完毕，得到一个三维实体原型。当实体原型完成后，首先将实体取出，并将多余的树脂排净。之后去掉支撑，进行清洗，然后再将实体原型放在紫外激光下整体后固化。

因为树脂材料的高黏性，在每层固化之后，液面很难在短时间内迅速流平，这将会影响实体的精度。采用刮板刮切后，所需数量的树脂便会被均匀地涂覆在上一叠层上，这样经过激光固化后可以得到较好的精度，使产品表面更加光滑和平整；并且可以解决残留在模型表面树脂的问题。

二、SLA技术特点

（一） SLA技术优点

SLA技术具有与其他3D打印技术共有的优势，即能简便快捷地加工制造出各种系统加工方法难以加工制作的复杂三维实体模型。由于成型材料为液态材料，该技术具有其独特之处。SLA技术的优点如下：

1.尺寸精度高、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，但在成型制件的上表面仍可得到玻璃状的效果。SLA技术制件的尺寸精度高，可以达到±0.1mm，有时甚至可达到0.05mm。

2.技术成熟程度高

SLA技术是最早出现的快速成型工艺，成熟程度高。

3.可成型复杂件

SLA技术可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失模。SLA技术是目前手板应用最成熟、最广泛的技术。

（二） SLA技术缺点

1.设备运转及维护成本较高

液态树脂材料和激光器的价格都比较高，并且激光器等光学元件需要进行定期的校对和维护，且维护与保养的费用较高。

2.工作环境要求高

液态树脂材料具有气味和毒性，平时存放需要避光保护，以防止其提前发生聚合反应。

3.成型制件外形尺寸稳定性较差，不便进行机械加工

成型过程中伴随的一些物理变化和化学变化会导致成型制件较软、薄的部位易产生翘曲变形，这将极大地影响成型制件的整体尺寸精度。且液态树脂材料的性能不如常用的工业塑料，它较脆且容易断裂，一般不便进行机械加工。

4.后处理工艺复杂

在大多数情况下，经SLA成型系统固化后的树脂制件还并未被完全激光固化，通常需要进行二次固化。

三、SLA技术材料及设备

（一） SLA技术使用的材料

SLA技术用材料为液态光固化树脂材料，有时称之为液态光敏树脂。光固化树脂材料具有一些特殊的性能，例如收缩率小或无收缩、变形小、不用二次固化、强度高等。随着SLA技术的飞速发展，光固化树脂材料也不断被研发和推广。

光固化成型材料必须具备能固化成型以及成型后的形状、尺寸精度的稳定性有保障两个基本条件，即应满足以下条件：

（1）成型材料易于固化，成型后须具有一定的黏结强度。

（2）成型材料具有一定的黏度但不能太高，以保证加工出来的轮廓表面的平整性，同时减少液体的流动时间。

（3）成型材料自身的热影响区较小，收缩应力也较小。

（4）成型材料对光有一定的穿透力，从而可获得具有一定固化深度的层片。

目前，SLA技术使用的材料有3D Systems公司的ACCURA系列材料，该系列材料应用范围广泛，几乎所有的SLA技术设备都可以使用，且采用该系列材料制作的成型制件具有较高的成型精度、强度和较好的耐吸湿性等优良性质，综合性能较好。另外，Vantico公司、DSM公司也分别推出了SL系列、SOMOS系列材料。

（二） SLA技术的成型设备

美国3D Systems公司是SLA技术的开发者。1988年，该公司推出了第一台基于立体光固化技术的成型设备，尽管体积庞大且售价高昂，但它的问世标志着3D打印机商业化的起步。1990年，3D Systems公司购买了专利后，SLA设备的量产进程随之加快。目前，SLA制造系统已有多个商品系列，在市场上应用非常广泛。经过三十多年的发展，3D Systems公司也成为全球最大的3D打印设备供应商，该公司的设备逐步更新换代，近期又推出了iPro ^TM 系列与ProX ^TM 系列设备，如iPro ^TM 8000、iPro ^TM 8000MP、ProX ^TM 950 等。其中ProX ^TM 950 是3D systems公司最新推出的非金属3D打印机里技术最先进的3D打印设备。3D Systems公司的ProX ^TM 950如图2-9所示。

该设备具有如下特点：

（1）成型最大尺寸为1500mm×750mm×750mm，零件最大质量达150kg。

（2）采用新技术，拥有极其高的精度、极其精细的分辨率，打印精度可达到或超过注塑成型的精度，可与CNC抗衡。

（3）拥有最低的打印成本和最大的打印吞吐量，可更快速制造出精细的塑料零件。

（4）成型材料更为广泛，丰富的材料让其在原型加工、直接制造或间接制造中拥有最广泛的行业应用范围。

在国内，西安交通大学、威斯坦（厦门）科技有限公司、上海联泰科技股份有限公司、苏州中瑞、深圳金石三维打印科技有限公司等研究机构及企业都对SLA技术进行了深入研究，并推出了自己的设备。

国内外SLA技术典型厂商和设备见表2-4。

四、SLA技术应用

SLA技术具有成型精度高、可成型复杂件等优点，但由于受到成型材料的限制，该技术制作的产品一般机械性能较差，因此只用于外观和零部件的装配验证。3D Systems公司采用其自主研发的SLA设备制作的戒指与牙科模型如图2-10所示，其打印速度达到了每小时12个牙科蜡模、每小时5枚戒指。

迈阿密建筑公司以及世界级建筑事务所Jerde Partnership使用ProJet 260C制作的建筑模型及海滨模型如图2-11所示。

在工业制造方面，SLA技术制作的泵叶轮样品如图2-12所示，其比传统方式成本更低、周期更短。传统方式制作泵叶轮，时间上需要7~9周，费用为40000美元左右；而3D打印泵叶轮样品，时间只需要1周即可，费用仅3150美元左右。

课后习题

1.简述SLA技术的成型原理。

2.简述SLA技术的优点。

3.查找网络资料，了解SLA技术还有哪些应用。 emqSpT85u/A1PsvghKRrAh5XCza3zvKpypeROGauNBVuYeeAXeyd4bL1igN12YMR