光敏树脂液相固化成型技术

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1、光敏树脂液相固化成型技术董帅江摘要：光敏树脂液相固化成形（Stereolithgraphy，简称SL）属于先进制造技术范畴，机械工程学科非传统加工工艺（或称为特种加工）。它通过叠加成型方法可以自动而迅速地将设计的三维CAD模型转化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零件。与传统的制造方法相比，它具有生产周期短，成木低的优势，并且吋以灵活地改变设计方案，实现柔性生产，在新产品的开发中具冇广阔的应用前景。关键字：光敏液相岡化法，概述，工艺原理，系统组成，工艺特点1、光敏液相固化工艺——概述光敏树脂液相固化成形，也称立体光刻（S

2、LA）或光固化立体造型，于1984年由CharlesHull提出并获美閩专利。1988年美同3DSystem公司推出世界上第一台商品化快速成形设备SLA-250。，由激光器发出的紫外光,经光学系统汇集成一支细光束，该光束在计算机控制下，有选择地扫描液体光敏树脂表面,利用光敏树脂遇紫外光凝固的机理.一层一层地固化光敏树脂，每固化一层后，工作台下降一精确距离，并按新一层表面几何信息使激光扫描器对液面进行扫描，使新一M树脂固化并粘在前一足已固化的树脂上,如此反复.直至制作生成该零件实体模型。能够自动制作出各种加工方法难以制作的复

3、杂立体形状，在制造领域具冇划时代的意义。2、光敏液相固化——工艺原理SLA工艺是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长（X=325nm）和功率（P=30MW）的紫外光照射不能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料就从液态转变成固态。3、光敏液和固化——系统组成由激光器、激光朿扫描装置、光敏树脂、液槽、升降台和控制系统等组成。（1）激光器大多采用紫外光式两种类型：一种是氦-镉（He-Cd）激光器。一种低功率激光，以氦气和镉蒸气的复合气体作为工作物质，生成可见紫外激光射线，输出功率15飞OmW，波长325

4、nm,激光器寿命2000h;另一种是氩离子（Ar+）激光器，低功率激光光源，氩气为工作物质，输出功率100〜500MW,波讼351〜365nm。激光朿光斑直径一般为0.05〜3.OOnm,激光位置精度可达0.008nm,重复精度可达0.13mm。（2）激光束妇描装置数字控制的激光束扫描装置冇两种形式：一种是电流计驱动式的扫描镜方式，最高扫描速度达15m/s，适合于制造尺寸较小的原型件；另一种是X—Y绘图仪方式，激光朿在整个扫描过程屮与树脂表面垂直，适合于制造大尺寸的原型件。（3）光敏树脂①SLA工艺的成形材料是液态光敏树脂

5、，如环氧树脂、乙烯酸树脂、丙烯酸树脂等。①要求SLA树脂在一定频率的单色光照射下迅速固化，并具有较小的临界曝光和较大的hi化穿透深度。为保证原型精度，M化时树脂的收缩率耍小，并应保证固化后的原型有足够的强度和良好的表面飢糙度，且成形时毒性要小。②光敏树脂材料屮主要包括齐聚物、反应性稀释剂及光引发剂。根据光引发剂的引发机理，光敏树脂可分为三类：自由基型光敏树脂、阳离子型光敏树月旨、混杂型光敏树脂。⑷液槽①液枬采用不锈钢制作，其尺寸大小取决于成形系统设计的最大尺寸原型件或零件。②升降工作台由步进电动机控制，最小步距应在0.02

6、mm以下，在225™位移的工作范围内位置精度为±0.05画。③刮乎器保证新一层的光敏树脂能够迅速、均匀地涂敷在已固化层上，保持每一层厚度的一致性，从而提高原型件的精度。(5)控制系统主要由工控机、分层处理软件和控制软件等组成。激光器光朿反射镜扫描驱动器、X-Y扫描系统、工作台Z方A上下移动和刮刀的往复移动都由控制软件来控制。4、光敏液相固化——成形工艺过程(1)模型及支撑设计①模型设计是应用三维CAD软件进行几何建模，并输出为STL格式文件。口前典型的商品化CAD系统都冇STL文件输出的数据接口，吋以很方便地将CAD系统构

7、造的三维模型转换成STL格式文件，井在屏幕上显示转换G的STL模型，它是由一系列小三角形组成的三维模型。②在成形过程中，由于未被激光束照射的部分材料仍为液态，它不能使制件截面上的孤立轮廓和悬臂轮廓定位。因此，必须设计和制作一些细柱状或肋状支撑结构，以便确保制件的每一结构部分都能可靠固定，同吋也有助于减少制件的翘曲变形。③成形完成后应小心地除去上述支撑结构，从而得到最终所需的工件。(2)分层处理①采用专用分层软件对CAD模型的STL格式文件进行分层处理，得到每一层截面图形及其有关的网格矢量数据，用于控制激光中的扫描轨迹。②分

8、M处理还包括M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与确定。(3)原型制作:在计算机控制下，对液态光敏树脂逐层扫描、固化，完成原型的制作。(4)后处理①原型制作完毕，需进行剥离，以便去除废料和支撑结构，宥时还需进行盾固化、修补、打磨、抛光、表而涂覆、表而强化处理等，这