快速成型技术 SLA
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
快速成形技术（RPT）
Rapid Prototyping Technology
第二章 常用快速成型工艺方法
本章目标
了解常用的快速成型方法种类 掌握常用的各种快速成型方法的技术原理和特点 掌握各种快速成型方法常用的材料种类及特点 熟悉各种常用快速成型方法的工艺过程 了解各种快速成型方法的应用领域
回顾
光固化树脂材料具有特殊的一些性能，如收缩率小或无 收缩，变形小，不用二次固化，强度高。
2.1.2 使用材料
1. 光敏树脂的组成、分类及光固化特性分析
●用于光固化快速成型的材料为液态光敏树脂是在光 能作用下会敏感的产生物理变化或化学反应的树脂，，主 要由齐聚物、光引发剂、稀释剂组成，当光引发剂受到一 定波长（300nm~400nm）的紫外线光辐射下会吸收光能，引 发树脂中的预聚物和活性单体产生聚合固化反应。
光固化快速成型工艺原理
因为树脂材料的高粘性，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十分均匀地凃敷在上一叠层上， 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。
图2-2 光固化成型制造过程中残留的多余树脂 图2-3 吸附式涂层结构
快速成型与传统成型制造的理念思路的同异 不同之处：切削材料还是生长材料 相似之处：注塑、压铸、粉末冶金的传承
回顾
快速成型与传统成型制造的理念思路的同异
不同之处：切削材料还是生长材料 相似之处：注塑、压铸、粉末冶金的传承
常用的快速成型工艺方法主要有以下几种：
立体光固化成型
熔融沉积成型 选择性激光烧结成型
●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、混杂型光固 化树脂。其中混杂型光固化树脂材料为SLA工艺新研制出的 新型材料。
2.1.2 使用材料
1. 光敏树脂的组成、分类及光固化特性分析
★齐聚物是光敏树脂的主体，是一种含有不饱和官能团的 基料，它的末端有可以聚合的活性基团，一旦有了活性种， 就可以继续聚合长大，一经聚合，分子质量上升极快，立刻 就可成为固体。齐聚物决定了光固化成型材料的基本物理和 化学性能，如液态树脂的黏度、固化后的强度和硬度、固化 后收缩率和溶胀率等。
2.1.1 工作原理
立体光固化快速成型系统组成：
1.光学部分
（1）紫外激光器：氦-镉激光 器、固体激光器。
（2）激光束扫描装置：基于 检流计驱动式的扫描镜方式、 X-Y绘图仪的方式。
2.树脂容器系统
（1）树脂容器：材料、容积 （2）升降工作台：分布小孔， 步进电机驱动，升降工作台沿Z 轴方向往复运动，位置精度。
2.1.2 使用材料
成型材料及相关性能会直接影响成型制件的质量与精度， 在材料的成型加工过程中，成型制件出现各种变形都与 成型材料有着密切的关系。
SLA技术所使用的材料为液态光固化树脂材料，也成为 液态光敏树脂，如：光敏环氧树脂、光敏环氧丙烯酸酯、 光敏丙烯树脂等，这种材料能在一定波长的光源 （300nm~400nm）照射下引发光聚合反应，完成液态到 固态的转变。
光引发剂受到一定波长的紫外光辐射时，会吸收光能，引发齐聚物 与活性单体产生聚合固化反应；稀释剂主要是起到稀释作用，保证光 敏树脂在室温下有足够的流动性；
光引发剂和稀释剂的用量对光敏树脂的固化速度和质量有着重要 影响。在一定范围内，增加光引发剂的用量可以适当加快固化速度， 但若超出一定范围人继续增加，固化速度就会降低；稀释剂用量对液 面流平影响较大，加大用量可以使液体黏度降低，流平性好，但如果 使用过量，各线性分子链间隔过大，导致彼此相遇发生交联的机会下 降，势必影响固化速度和质量。
2.1.2 使用材料
1. 光敏树脂的组成、分类及光固化特性分析
三维印刷工艺
分层实体制造
下面主要从五个方面讲解着几种常用的快速成型方法：
工作原理
使用材料 技术特点 工艺过程
应用领域
2.1 立体光固化成型工艺（SLA）
光固化快速成型工艺，也常被称为立体光刻成型，英文的 名称为StereoLithography，简称SL，也有时被简称为SLA （StereoLithography Apparatus），该工艺是由Charles Hull于1984年获得美国专利，是最早发展起来的快速成型技术。
自从1988年3D Systems公司最早推出SLA商品化快速成型 机SLA-250以来，SLA已成为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型工艺方法。它以光敏树脂为原 料，通过计算机控制紫外激光使其凝固成型。这种方法能简捷、 全自动地制造出表面质量和尺寸精度较高、几何形状较复杂的 原型。
2.1.1 工作原理
立体光固化快速成型法工作原理如图：
光固化成型工艺的成型过程如图所示。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点扫描，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，以使在原 先固化好的树脂表面再敷上一 层新的液态树脂，刮板将粘度 较大的树脂液面刮平，然后进 行下一层的扫描加工，新固化 的一层牢固地粘结在前一层上， 如此重复直至整个零件制造完 毕，得到一个三维实体原型。
★稀释剂是一种功能性单体，结构中含有不饱和双键，如乙烯基、 烯丙基等，可以调节齐聚物的粘度，但不容易挥发，且可以参加聚合。 稀释剂一般分为单官能度、双官能度和多官能度。
此外，常规的添加剂还有阻聚剂、UV稳定剂、消泡剂、流平剂、 光敏剂、天然色素等。其中的阻聚剂特别重要，因为它可以保证液态 树脂在容器中保持较长的存放时间。
★长的光子作用时，会变成具有高度活性的自由 基团，作用于基料的高分子聚合物（齐聚物），使其产生交 联反应，由原来的线状聚合物变为网状聚合物，从而呈现为 固态。光引发剂的性能决定了光敏树脂的固化程度和固化速 度。
1. 光敏树脂的组成、分类及光固化特性分析
Rapid Prototyping Technology
第二章 常用快速成型工艺方法
本章目标
了解常用的快速成型方法种类 掌握常用的各种快速成型方法的技术原理和特点 掌握各种快速成型方法常用的材料种类及特点 熟悉各种常用快速成型方法的工艺过程 了解各种快速成型方法的应用领域
回顾
光固化树脂材料具有特殊的一些性能，如收缩率小或无 收缩，变形小，不用二次固化，强度高。
2.1.2 使用材料
1. 光敏树脂的组成、分类及光固化特性分析
●用于光固化快速成型的材料为液态光敏树脂是在光 能作用下会敏感的产生物理变化或化学反应的树脂，，主 要由齐聚物、光引发剂、稀释剂组成，当光引发剂受到一 定波长（300nm~400nm）的紫外线光辐射下会吸收光能，引 发树脂中的预聚物和活性单体产生聚合固化反应。
光固化快速成型工艺原理
因为树脂材料的高粘性，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十分均匀地凃敷在上一叠层上， 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。
图2-2 光固化成型制造过程中残留的多余树脂 图2-3 吸附式涂层结构
快速成型与传统成型制造的理念思路的同异 不同之处：切削材料还是生长材料 相似之处：注塑、压铸、粉末冶金的传承
回顾
快速成型与传统成型制造的理念思路的同异
不同之处：切削材料还是生长材料 相似之处：注塑、压铸、粉末冶金的传承
常用的快速成型工艺方法主要有以下几种：
立体光固化成型
熔融沉积成型 选择性激光烧结成型
●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、混杂型光固 化树脂。其中混杂型光固化树脂材料为SLA工艺新研制出的 新型材料。
2.1.2 使用材料
1. 光敏树脂的组成、分类及光固化特性分析
★齐聚物是光敏树脂的主体，是一种含有不饱和官能团的 基料，它的末端有可以聚合的活性基团，一旦有了活性种， 就可以继续聚合长大，一经聚合，分子质量上升极快，立刻 就可成为固体。齐聚物决定了光固化成型材料的基本物理和 化学性能，如液态树脂的黏度、固化后的强度和硬度、固化 后收缩率和溶胀率等。
2.1.1 工作原理
立体光固化快速成型系统组成：
1.光学部分
（1）紫外激光器：氦-镉激光 器、固体激光器。
（2）激光束扫描装置：基于 检流计驱动式的扫描镜方式、 X-Y绘图仪的方式。
2.树脂容器系统
（1）树脂容器：材料、容积 （2）升降工作台：分布小孔， 步进电机驱动，升降工作台沿Z 轴方向往复运动，位置精度。
2.1.2 使用材料
成型材料及相关性能会直接影响成型制件的质量与精度， 在材料的成型加工过程中，成型制件出现各种变形都与 成型材料有着密切的关系。
SLA技术所使用的材料为液态光固化树脂材料，也成为 液态光敏树脂，如：光敏环氧树脂、光敏环氧丙烯酸酯、 光敏丙烯树脂等，这种材料能在一定波长的光源 （300nm~400nm）照射下引发光聚合反应，完成液态到 固态的转变。
光引发剂受到一定波长的紫外光辐射时，会吸收光能，引发齐聚物 与活性单体产生聚合固化反应；稀释剂主要是起到稀释作用，保证光 敏树脂在室温下有足够的流动性；
光引发剂和稀释剂的用量对光敏树脂的固化速度和质量有着重要 影响。在一定范围内，增加光引发剂的用量可以适当加快固化速度， 但若超出一定范围人继续增加，固化速度就会降低；稀释剂用量对液 面流平影响较大，加大用量可以使液体黏度降低，流平性好，但如果 使用过量，各线性分子链间隔过大，导致彼此相遇发生交联的机会下 降，势必影响固化速度和质量。
2.1.2 使用材料
1. 光敏树脂的组成、分类及光固化特性分析
三维印刷工艺
分层实体制造
下面主要从五个方面讲解着几种常用的快速成型方法：
工作原理
使用材料 技术特点 工艺过程
应用领域
2.1 立体光固化成型工艺（SLA）
光固化快速成型工艺，也常被称为立体光刻成型，英文的 名称为StereoLithography，简称SL，也有时被简称为SLA （StereoLithography Apparatus），该工艺是由Charles Hull于1984年获得美国专利，是最早发展起来的快速成型技术。
自从1988年3D Systems公司最早推出SLA商品化快速成型 机SLA-250以来，SLA已成为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型工艺方法。它以光敏树脂为原 料，通过计算机控制紫外激光使其凝固成型。这种方法能简捷、 全自动地制造出表面质量和尺寸精度较高、几何形状较复杂的 原型。
2.1.1 工作原理
立体光固化快速成型法工作原理如图：
光固化成型工艺的成型过程如图所示。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点扫描，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，以使在原 先固化好的树脂表面再敷上一 层新的液态树脂，刮板将粘度 较大的树脂液面刮平，然后进 行下一层的扫描加工，新固化 的一层牢固地粘结在前一层上， 如此重复直至整个零件制造完 毕，得到一个三维实体原型。
★稀释剂是一种功能性单体，结构中含有不饱和双键，如乙烯基、 烯丙基等，可以调节齐聚物的粘度，但不容易挥发，且可以参加聚合。 稀释剂一般分为单官能度、双官能度和多官能度。
此外，常规的添加剂还有阻聚剂、UV稳定剂、消泡剂、流平剂、 光敏剂、天然色素等。其中的阻聚剂特别重要，因为它可以保证液态 树脂在容器中保持较长的存放时间。
★长的光子作用时，会变成具有高度活性的自由 基团，作用于基料的高分子聚合物（齐聚物），使其产生交 联反应，由原来的线状聚合物变为网状聚合物，从而呈现为 固态。光引发剂的性能决定了光敏树脂的固化程度和固化速 度。
1. 光敏树脂的组成、分类及光固化特性分析