快速成型技术第二章2.1SLAPPT课件

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1、快速成形技术（快速成形技术（RPT）Rapid Prototyping Technology 第二章第二章 常用快速成型工艺方法常用快速成型工艺方法本章目标本章目标u了解常用的快速成型方法种了解常用的快速成型方法种类类u掌握常用的各种快速成型方法的技掌握常用的各种快速成型方法的技术术原理和特点原理和特点u掌握各种快速成型方法常用的材料种掌握各种快速成型方法常用的材料种类类及特点及特点u熟悉各种常用快速成型方法的工熟悉各种常用快速成型方法的工艺过艺过程程u了解各种快速成型方法的了解各种快速成型方法的应应用用领领域域回回顾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

2、处：注塑、压铸、粉末冶金的传承回回顾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、粉末冶金的传承立体光固化成型工作原理使用材料技术特点工艺过程应用领域熔融沉积成型选择性激光烧结成型三维印刷工艺分层实体制造常用的快速成型工艺方法主要有以下几种：常用的快速成型工艺方法主要有以下几种：下面主要从五个方面讲解着几种常用的快速成型方法：下面主要从五个方面讲解着几种常用的快速成型方法： 光固化快速成型工艺光固化快速成型工艺，也常被称为立体光刻成型，英文的，也常被称为立体光刻成型，英文的名称为名称为S StereotereoL Lithographyithogr

3、aphy，简称，简称SLSL，也有时被简称为，也有时被简称为SLASLA（StereoLithography ApparatusStereoLithography Apparatus），该工艺是由），该工艺是由Charles Charles HullHull于于19841984年获得美国专利，是最早发展起来的快速成型技术。年获得美国专利，是最早发展起来的快速成型技术。 自从自从19881988年年3D Systems3D Systems公司最早推出公司最早推出SLASLA商品化快速成型商品化快速成型机机SLA-250SLA-250以来，以来，SLASLA已成为目前世界上研究最深入、技术最成已成

4、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、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。原型。2.1 2.1 立体光固化成型工艺立体光固化成型工艺（SLASLA）立体光固化快速成型法工作原理如图：2.1.1 工作原理工作原理 光固化成型工艺的成型过程如图所示。液槽中盛满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

5、树脂液态光敏树脂，氦镉激光器氦镉激光器或或氩离子激光器氩离子激光器发出的紫外激光束在控制系统的控制下按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。树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。光固化快速成型工艺原理 一层固化完毕后，工作台下一层固化完毕后，工作台下移一个层厚的距离，以使在原移一个层厚的距离，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，刮板将粘度层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂

6、液面刮平，然后进较大的树脂液面刮平，然后进行下一层的扫描加工，新固化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，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如此重复直至整个零件制造完毕，得到一个三维实体原型。毕，得到一个三维实体原型。 因因为树为树脂材料的高粘性，在每脂材料的高粘性，在每层层固化之后，液面很固化之后，液面很难难在在短短时间时间内迅速流平，内迅速流平，这这将会影响将会影响实实体的精度。采用刮板刮切体的精度。采用刮板刮切后，所需数量的后，所需数量的树树脂便会被十分均匀地凃敷在上一叠脂便会被十分均匀地凃敷在上一叠层层上，上，这样经过这样经过激光固化后可以得到激光固

7、化后可以得到较较好的精度，使好的精度，使产产品表面更加品表面更加光滑和平整。光滑和平整。图图2-2 光固化成型制造光固化成型制造过过程中残留的多余程中残留的多余树树脂脂图图2-3 吸附式涂吸附式涂层结层结构构 立体光固化快速成型系统组成：2.1.1 工作原理工作原理 1.1.光学部分光学部分 （1 1）紫外激光器：氦）紫外激光器：氦- -镉激光镉激光器、固体激光器。器、固体激光器。 （2 2）激光束扫描装置：基于）激光束扫描装置：基于检流计驱动式的扫描镜方式、检流计驱动式的扫描镜方式、X-YX-Y绘图仪的方式。绘图仪的方式。2.2.树脂容器系统树脂容器系统 （1 1）树脂容器：材料、容积）树脂

8、容器：材料、容积 （2 2）升降工作台：分布小孔，）升降工作台：分布小孔，步进电机驱动，升降工作台沿步进电机驱动，升降工作台沿Z Z轴方向往复运动，位置精度。轴方向往复运动，位置精度。2.1.2 使用材料使用材料成型材料及相关性能会直接影响成型制件的成型材料及相关性能会直接影响成型制件的质质量与精度，量与精度，在材料的成型加工在材料的成型加工过过程中，成型制件出程中，成型制件出现现各种各种变变形都与形都与成型材料有着密切的关系。成型材料有着密切的关系。 SLASLA技术技术所使用的材料所使用的材料为为液液态态光固化光固化树树脂材料脂材料，也成，也成为为液液态态光敏光敏树树脂脂，如：，如：光敏光

9、敏环环氧氧树树脂、光敏脂、光敏环环氧丙氧丙烯烯酸酸酯酯、光敏丙光敏丙烯树烯树脂等，脂等，这这种材料能在一定波种材料能在一定波长长的光源的光源（300nm400nm300nm400nm）照射下引）照射下引发发光聚合反光聚合反应应，完成液，完成液态态到固到固态态的的转变转变。光固化光固化树树脂材料具有特殊的一些性能，如收脂材料具有特殊的一些性能，如收缩缩率小或无率小或无收收缩缩，变变形小，不用二次固化，形小，不用二次固化，强强度高。度高。 2.1.2 使用材料使用材料1. 光敏树脂的组成、分类及光固化特性分析光敏树脂的组成、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用于光固化快速

10、成型的材料为液态光敏树脂是在光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能作用下会敏感的产生物理变化或化学反应的树脂，主，主要由要由齐聚物、光引发剂、稀释剂齐聚物、光引发剂、稀释剂组成，组成，当光引发剂受到一当光引发剂受到一定波长（定波长（300nm400nm300nm400nm）的紫外线光辐射下会吸收光能，引）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。发树脂中的预聚物和活性单体产生聚合固化反应。 根据光引根据光引发剂发剂的引的引发发机理，机理，光固化树脂可以分为三光固化树脂可以分为三类类：自由基光固化树脂、阳离子光固化树脂、混杂型光固自由基光固化树脂、

11、阳离子光固化树脂、混杂型光固化树脂。化树脂。其中混杂型光固化树脂材料为其中混杂型光固化树脂材料为SLASLA工艺新研制出的工艺新研制出的新型材料。新型材料。2.1.2 使用材料使用材料1. 光敏树脂的光敏树脂的组成组成、分类及光固化特性分析、分类及光固化特性分析 齐聚物齐聚物是光敏树脂的主体，是一种含有不饱和官能团的是光敏树脂的主体，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，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

12、成型材料的基本物理和就可成为固体。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。后收缩率和溶胀率等。 光引发剂光引发剂是激发光敏树脂材料是激发光敏树脂材料交联反应交联反应的特殊基团，的特殊基团，当受到特定波长的光子作用时，会变成具有高度活性的自由当受到特定波长的光子作用时，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，从而呈现为联反应，由原来的线状聚合物变为

13、网状聚合物，从而呈现为固态。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光引发剂的性能决定了光敏树脂的固化程度和固化速度度。 稀释剂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、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。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。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、此外，常规的添加剂还有阻聚剂、UVUV稳定剂、消泡剂、流平剂、稳定剂、消泡剂、流平剂、光敏剂、天然色素等。其中

14、的阻聚剂特别重要，因为它可以保证液态光敏剂、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。树脂在容器中保持较长的存放时间。1. 光敏树脂的光敏树脂的组成组成、分类及光固化特性分析、分类及光固化特性分析 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光引发剂

15、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，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。降，势必影响固化速度和质量。2.1.2 使用

16、材料使用材料 根据光引发剂的引发机理，根据光引发剂的引发机理，光固化光固化树树脂可以分脂可以分为为三三类类： (1)(1)阳离子光固化阳离子光固化树树脂脂 主要成分为环氧化合物。用于光固化工艺的阳离子型齐聚物和活主要成分为环氧化合物。用于光固化工艺的阳离子型齐聚物和活性稀释剂通常为环氧树脂和乙烯基醚。环氧树脂是最常用的阳离子型性稀释剂通常为环氧树脂和乙烯基醚。环氧树脂是最常用的阳离子型齐聚物，其优点如下：齐聚物，其优点如下： 1 1）固化收缩小，预聚物环氧树脂的固化收缩率为）固化收缩小，预聚物环氧树脂的固化收缩率为2%3%2%3%，而自由基，而自由基光固化树脂的预聚物丙烯酸酯的固化收缩率为光固

17、化树脂的预聚物丙烯酸酯的固化收缩率为5%7%5%7%。 2 2）产品精度高。）产品精度高。 3 3）阳离子聚合物是活性聚合，在光熄灭后可继续引发聚合。）阳离子聚合物是活性聚合，在光熄灭后可继续引发聚合。 4 4）氧气对自由基聚合有阻聚作用，而对阳离子树脂则无影响。）氧气对自由基聚合有阻聚作用，而对阳离子树脂则无影响。 5 5）粘度低，生产成型制件的强度高。）粘度低，生产成型制件的强度高。 6 6）产品可以直接用于注塑模具。）产品可以直接用于注塑模具。1. 光敏树脂的组成、光敏树脂的组成、分类分类及光固化特性分析及光固化特性分析2.1.2 使用材料使用材料 (2)(2)自由基光固化自由基光固化树

18、树脂脂 目前用于光固化成型材料的自由基齐聚物主要有三类：目前用于光固化成型材料的自由基齐聚物主要有三类： 第一类为环氧树脂丙烯酸酯，该类材料聚合快、制件的强第一类为环氧树脂丙烯酸酯，该类材料聚合快、制件的强度高但脆性大，产品制件的外形易变色发黄；度高但脆性大，产品制件的外形易变色发黄； 第二类为聚酯丙烯酸酯，该类材料流平性和固化质量较好，第二类为聚酯丙烯酸酯，该类材料流平性和固化质量较好，其成型制件的性能可调节范围较大；其成型制件的性能可调节范围较大； 第三类材料为聚氨酯丙烯酸酯，该类材料生成的原型柔顺第三类材料为聚氨酯丙烯酸酯，该类材料生成的原型柔顺性和耐磨性好，但聚合速度慢。性和耐磨性好，

19、但聚合速度慢。 1. 光敏树脂的组成、光敏树脂的组成、分类分类及光固化特性分析及光固化特性分析 (3) (3)混混杂杂型光固化型光固化树树脂脂 最近，西安交通大学通最近，西安交通大学通过过研究开研究开发发，以固化速度，以固化速度较较快的自快的自由基光固化由基光固化树树脂材料脂材料为为骨架骨架结结构，再以收构，再以收缩缩、变变形小的阳离形小的阳离子光固化子光固化树树脂材料脂材料为为填充物，制成混填充物，制成混杂杂型光固化型光固化树树脂材料，脂材料，并将其用于并将其用于SLASLA技技术术。其。其优优点主要有：点主要有： 1 1）环环状聚合物状聚合物进进行阳离子开行阳离子开环环聚合聚合时时，体，体

20、积积收收缩缩很小甚很小甚至至产产生膨生膨胀胀，而自由基体系，而自由基体系总总有明有明显显的收的收缩缩。混。混杂杂型体系可型体系可以以设计设计成无收成无收缩缩的聚合物。的聚合物。 2 2）当系）当系统统中有碱性中有碱性杂质时杂质时，阳离子聚合的，阳离子聚合的诱导诱导期期较长较长，而自由基聚合的而自由基聚合的诱导诱导期期较较短，混短，混杂杂型体系可以提供型体系可以提供诱导诱导期短期短而聚合速度而聚合速度稳稳定的聚合系定的聚合系统统。 3 3）在光照消失后阳离子仍可引）在光照消失后阳离子仍可引发发聚合，故混聚合，故混杂杂体系能克体系能克服光照消失后自由基迅速失活而使聚合服光照消失后自由基迅速失活而使

21、聚合终结终结的缺点。的缺点。1. 光敏树脂的组成、光敏树脂的组成、分类分类及光固化特性分析及光固化特性分析2.1.2 使用材料使用材料2.1.2 使用材料使用材料2.快速成型的光敏树脂材料需要具备以下性能特点：快速成型的光敏树脂材料需要具备以下性能特点：首先，光固化成型材料需具备两个基本条件：能够固化成型；首先，光固化成型材料需具备两个基本条件：能够固化成型；成型后制件的形状、尺寸稳定。此外，还应满足一下条件：成型后制件的形状、尺寸稳定。此外，还应满足一下条件：（1 1）光敏性好，光敏性好，对对紫外光响紫外光响应应率要高，能迅速固化，并具有率要高，能迅速固化，并具有较较小的小的临临界曝光界曝光

22、值值和和较较大的固化穿透深度；大的固化穿透深度；（2 2）固化收固化收缩缩小小，固化收缩会导致零件产生变形、翘曲、开裂等，固化收缩会导致零件产生变形、翘曲、开裂等，从而影响成型制件的精度，收缩性低有利于高精度制件的成型；从而影响成型制件的精度，收缩性低有利于高精度制件的成型；（3 3）黏度低黏度低，分层固化，因此液体树脂黏度必须低，以便在前一层，分层固化，因此液体树脂黏度必须低，以便在前一层上迅速流平；上迅速流平；（4 4）溶溶胀胀小，小，由于在成型过程中固化产物一直浸润在液态树脂中，由于在成型过程中固化产物一直浸润在液态树脂中，如果固化产物易发生溶胀，将会导致制件出现明显变形；如果固化产物易

23、发生溶胀，将会导致制件出现明显变形；（5 5）固化前性能固化前性能稳稳定，定，可见光照射下不发生化学反应；可见光照射下不发生化学反应；（6 6）固化固化产产物机械物机械强强度度较较好，耐化学好，耐化学试剂试剂，易于洗，易于洗涤涤和干燥，并具和干燥，并具有良好的有良好的热稳热稳定性。定性。（7 7）毒性小，毒性小，由于未来的由于未来的3D3D打印打印过过程可能需要在程可能需要在办办公室等人公室等人员员密集密集的的环环境中完成，因此境中完成，因此对对材料材料单单体及体及齐齐聚物的毒性，大气聚物的毒性，大气污污染程度都有染程度都有严严格要求。格要求。 下面分别介绍下面分别介绍Vantico公司、公司

24、、3D Systems公司以及公司以及DSM公司的光固化公司的光固化快速成型材料的性能、适用场合以及选择方案等。快速成型材料的性能、适用场合以及选择方案等。（1 1）VanticoVantico公司的公司的SLSL系列系列 下下表表给给出出了了Vantico公公司司提提供供的的光光固固化化树树脂脂在在各各种种3D Systems公公司司光光固固化化快快速速成成型型系系统统和和原原型型不不同同的的使使用用性性能能和和要要求求情情况况下下的的光光固固化化成成型型材材料的选择方案。料的选择方案。 3.光固化成型材料介绍光固化成型材料介绍（2 2）3D Systems 3D Systems 公司的公司

25、的AccuraAccura系列系列 3D Systems公公司司的的ACCURA系系列列光光固固化化成成型型材材料料主主要要有有用用于于SLA Viper si2、 SLA3500、 SLA5000和和 SLA7000系系 统统 的的 ACCUGENTM、ACCUDURTM、SI10、SI20、SI30、SI40 Nd系系列列型型号号和和用用于于SLA250、SLA500系统的系统的SI40 Hc & AR型号等。型号等。 部分部分3D Systems 公司的公司的ACCURA系列材料的性能如下表所示。系列材料的性能如下表所示。（3 3）3D Systems 3D Systems 公司的公司的

26、RenShapeRenShape系列系列 3D Systems公司研制的公司研制的RenShape7800树树脂主要面向成型精确及耐久性要求脂主要面向成型精确及耐久性要求较较高的光固化快速原型，在潮湿高的光固化快速原型，在潮湿环环境中尺寸境中尺寸稳稳定性和定性和强强度持久性度持久性较较好，粘度好，粘度较较低，易于低，易于层间层间涂覆及后涂覆及后处处理理时时粘附的表粘附的表层层液液态树态树脂的流干，适用于高脂的流干，适用于高质质量的熔量的熔模模铸铸造的母模、概念模型、功能模型及一般用途的制件等。造的母模、概念模型、功能模型及一般用途的制件等。RenShape7810树树脂脂与与RenShape7

27、800树树脂的用途脂的用途类类似，制作的模型性能似，制作的模型性能类类似于似于ABS，用于制作尺寸，用于制作尺寸稳稳定性定性较较好的高精度高好的高精度高强强度模型，适于真空注型模具的母模、概念模型、功能度模型，适于真空注型模具的母模、概念模型、功能模型及一般用途的制件等。模型及一般用途的制件等。RenShape7820树树脂固化后的模型脂固化后的模型颜颜色色为为黑色，适于黑色，适于制作消制作消费费品包装、品包装、电电子子产产品外壳及玩具等。品外壳及玩具等。RenShape7840树树脂固化后的模型呈脂固化后的模型呈象牙白色，性能象牙白色，性能类类PP塑料，具有塑料，具有较较好的延展性及柔好的延

28、展性及柔韧韧性，适于尺寸性，适于尺寸较较大的概念大的概念模型。模型。RenShape7870树树脂制作的模型脂制作的模型强强度与耐久性都度与耐久性都较较好，透明性好，透明性优优异，适于异，适于高高质质量的熔模量的熔模铸铸造的母模、大尺寸物理性能与力学性能都造的母模、大尺寸物理性能与力学性能都较较好的透明模型或制好的透明模型或制件的制作等。件的制作等。 上述上述3D Systems 公司的公司的RenShape系列材料的性能如下表所示。系列材料的性能如下表所示。 （4 4）DSMDSM公司的公司的SOMOSSOMOS系列系列 DSM公公司司的的SOMOS系系列列环环氧氧树树脂脂主主要要是是面面向

29、向光光固固化化快快速速成成型型开开发发的的系系列列材材料，部分型号的性能及主要指标如下表所示。料，部分型号的性能及主要指标如下表所示。 20世世纪纪70年年代代末末到到80年年代代初初期期，美美国国3M公公司司的的Alan J. Hebert(1978)、日日本本的的小小玉玉秀秀男男(1980)、 美美 国国 UVP公公 司司 的的 Charles W. Hull(1982)和和日日本本的的丸丸谷谷洋洋二二(1983)，在在不不同同的的地地点点各各自自独独立立地地提提出出了了RP的的概概念念，即即利利用用连连续续层层的的选选区区固固化化产产生生三三维维实实体体的的新新思思想想。Charles

30、Hull在在UVP的的继继续续支支持持下下，完完成成了了一一个个能能自自动动建建造造零零件件的的称称之之为为SLA-1的的完完整整系系统统。同同年年，Charles Hull和和UVP的的股股东东们们一一起起建建立立了了3D Systems公公司司，并并于于1988年年首首次次推推出出SLA-250机型，机型，如图所示。如图所示。 3D Systems公司的公司的SLA-250机型机型3.光固化快速成型设备光固化快速成型设备 目前，研究光固化成型（目前，研究光固化成型（SLA）设备的单位有）设备的单位有美国的美国的3D Systems公公司、司、Aaroflex公司，公司，德国的德国的EOS公

31、司公司、F&S公司，法国的公司，法国的Laser 3D公司，公司，日本的日本的SONY/D-MEC公司公司、Teijin Seiki公司、公司、Denken Engieering公司、公司、Meiko公司、公司、Unipid公司、公司、CMET公司，公司，以色列的以色列的Cubital公司公司以及国内以及国内的的西安交通大学、上海联泰科技有限公司、华中科技大学西安交通大学、上海联泰科技有限公司、华中科技大学等。等。 在上述研究在上述研究SLA设备的众多公司中，美国设备的众多公司中，美国3D Systems公司的公司的SLA技技术在国际市场上占的比例最大。术在国际市场上占的比例最大。3D Sys

32、tems公司在继公司在继1988年推出第一台年推出第一台商品化设备商品化设备SLA-250以来以来，又于又于1997年推出了年推出了SLA250HR、SLA3500、SLA5000三种机型，在光固化成型设备技术方面有了长足的进步。其中，三种机型，在光固化成型设备技术方面有了长足的进步。其中，SLA3500和和SLA5000使用半导体激励的固体激光器，扫描速度分别达到使用半导体激励的固体激光器，扫描速度分别达到2.54m/sec和和5m/sec，成层厚最小可达，成层厚最小可达0.05mm。 此外，还采用了一种称之为此外，还采用了一种称之为Zephyer recoating system的新技术，

33、该的新技术，该技术是在每一成型层上，用一种真空吸附式刮板在该层上涂一层技术是在每一成型层上，用一种真空吸附式刮板在该层上涂一层0.050.1mm的待固化树脂，使成型时间平均缩短了的待固化树脂，使成型时间平均缩短了20%。SLA3500和和SLA5000两种型号设备如图两种型号设备如图2-6和图和图2-7所示。该公司于所示。该公司于1999年推出年推出SLA7000机型，如图机型，如图2-8所示。所示。SLA7000与与SLA5000机型相比，成型体积机型相比，成型体积虽然大致相同，但其扫描速度却达虽然大致相同，但其扫描速度却达9.52m/sec，平均成型速度提高了，平均成型速度提高了4倍，倍，

34、成型层厚最小可达成型层厚最小可达0.025mm，精度提高了一倍。，精度提高了一倍。3D Systems公司推出的较公司推出的较新的机型还有新的机型还有Vipersi2 SLA（如图（如图2-9所示）及所示）及Viper Pro SLA系统。系统。3D Systems公司的公司的SLA-3500机型机型3D Systems公司的公司的 SLA-5000机型机型 3D Systems公司的公司的SLA-7000机型机型3D Systems公司的公司的Vipersi2SLA机型机型 3D Systems公司的公司的Viper Pro SLA机型机型 国国内内西西安安交交通通大大学学在在光光固固化化成

35、成型型技技术术、设设备备、材材料料等等方方面面进进行行了了大大量量的的研研究究工工作作，推推出出了了自自行行研研制制与与开开发发的的SPS、LPS、和和CPS三三种种机机型型，每每种种机机型型有有不不同同的的规规格格系系列列，其其工工作作原原理理都都是是光光固固化化成成型型原原理理。其其中中SPS600和和LPS600成型机如图所示。成型机如图所示。图图2-11 SPS600成型机成型机 图图2-12 LPS600成型机成型机 西安交通大学光固化成型机主要西安交通大学光固化成型机主要性能指标与技术特征性能指标与技术特征: 该该成成型型机机激激光光器器、扫扫描描与与光光聚聚焦焦系系统统两两关关键

36、键部部件件从从国国外外引引进进，扫扫描描速速度度SPS最最大大可可达达7m/s、LPS可可达达2m/s，精精度度达达0.1mm；全全范范围围扫扫描描分分辨辨率率达达3.6m，整整机机控控制制精精度度达达50m，高高于于国国外外同同类类机机器器水水平平，保保证证了了可可靠靠性性；扫扫描描光光斑斑直直径径=0.2mm，SPS激激光光寿寿命命5000h，LPS激激光光寿命寿命2000h，与国外水平相同。，与国外水平相同。 采用了快速排序分层法，大大加快分层速度，且具有对分层数据自采用了快速排序分层法，大大加快分层速度，且具有对分层数据自动诊断和修复功能。动诊断和修复功能。 国际上创新的国际上创新的Y

37、LSF成型工艺，大大减小了翘曲等变形误差，提高成型工艺，大大减小了翘曲等变形误差，提高了原型件制作质量。优于美国了原型件制作质量。优于美国3D Systems公司的工艺方法；拐角误差采公司的工艺方法；拐角误差采用自适应延时控制，较少了轮廓误差的影响，此为国际首创。用自适应延时控制，较少了轮廓误差的影响，此为国际首创。 零件成型精度达零件成型精度达0.1mm(100mm)，与国外水，与国外水平相同；样件测试尺寸合格率达到美国平相同；样件测试尺寸合格率达到美国3D Systems公司公司SLA系列机器的系列机器的水平，高于日本水平，高于日本CMET公司公司Soup型机器的水平。型机器的水平。 不同

38、材料与结构，可调整回流量，从而改善涂层质量，此为国际不同材料与结构，可调整回流量，从而改善涂层质量，此为国际首创；且可以采用不同公司、不同牌号的树脂，有良好的兼容性和开放首创；且可以采用不同公司、不同牌号的树脂，有良好的兼容性和开放性。优于美国性。优于美国3D Systems公司、日本公司、日本CMET公司的同类产品。公司的同类产品。 零件模型管理和成型数据生成软件在零件模型管理和成型数据生成软件在Windows95下自主开发、整下自主开发、整机自制，用户界面全部汉化，具有优异的交互性和易学性。而且三维机自制，用户界面全部汉化，具有优异的交互性和易学性。而且三维STL模型的检视、分层过程与编辑

39、、支撑结构的设计全部实现了图视化模型的检视、分层过程与编辑、支撑结构的设计全部实现了图视化操作；而成型控制软件是在操作；而成型控制软件是在DOS下开发，保证满足了控制的实时性要求，下开发，保证满足了控制的实时性要求，操作界面全部汉化和图视化。操作界面全部汉化和图视化。 上上海海联联泰泰科科技技有有限限公公司司开开发发的的光光固固化化成成型型设设备备主主要要有有RS-350H、RS-350S、RS-600H和和RS-600S等等机型。机型。 RS-600S光固化成型机光固化成型机2.1.3 技技术术特点特点2.1.4 工工艺过艺过程程 SLA SLA的工艺过程一般可分为前处理、原型制作和后处理三

40、的工艺过程一般可分为前处理、原型制作和后处理三阶段，各阶段阶段，各阶段的工的工艺艺流程如下流程如下图图所示：所示：前期数据获取点云转换和处理制作方向设定支撑设计数据分层处理快速成型机加工样件的后处理三维造型前前处处理理主要包括以下主要包括以下过过程：程：u数据数据获获取取u数据数据转换转换u设设定制作方向定制作方向u施加支撑施加支撑u模型分模型分层层原型制作原型制作 S SLALA成型是在成型是在专专用的用的SLASLA设备设备上上进进行的。制作前，行的。制作前，提前启提前启动动SLASLA设备设备，使，使树树脂材料达到脂材料达到预设预设合理温度。启合理温度。启动设备动设备控制控制软软件，件，

41、读读入前入前处处理的分理的分层层数据文件，开始数据文件，开始叠叠层层制作，整个制作，整个过过程在程在设备软设备软件的控制下自件的控制下自动动完成。完成。后后处处理理制作完成后，需要制作完成后，需要进进行一系列的后行一系列的后处处理工作：理工作：u取出原型取出原型 u清洗原型，去除残留清洗原型，去除残留树树脂脂u去除支撑并修整原型去除支撑并修整原型u后固化后固化处处理理u打磨原型打磨原型 1.1.前处理前处理 主要包括以下主要包括以下过过程：数据程：数据获获取、数据取、数据转换转换、设设定制作方定制作方向、施加支撑和模型分向、施加支撑和模型分层层。 数据数据获获取（取（CADCAD模型模型）方法

42、有两种：正向）方法有两种：正向设计设计或逆向工或逆向工程。程。 对原型的对原型的CADCAD模型模型进行数据转换数据转换、设定制作方向设定制作方向、施加支施加支撑撑和模型分层模型分层，实际上就是为实际上就是为原型的制作准备数据原型的制作准备数据。 以某一小扳手的制作来介绍光固化原型制作的前处理过程：以某一小扳手的制作来介绍光固化原型制作的前处理过程： （1 1）CADCAD三维造型（或逆向工程）三维造型（或逆向工程） 三三维实维实体造型是体造型是CADCAD模型的最好表示，也是快速原型制作必模型的最好表示，也是快速原型制作必须须的的原始数据源。没有原始数据源。没有CADCAD三三维维数字模型，

43、就无法数字模型，就无法驱动驱动模型的快速原型制模型的快速原型制作。作。CADCAD模型的三模型的三维维造型可以在造型可以在UGUG、Pro/EPro/E、CatiaCatia等大型等大型CADCAD软软件以件以及及许许多小型的多小型的CADCAD软软件上件上实现实现。 1.1.前处理前处理 （2 2）数据转换）数据转换 数据数据转换转换是是对产对产品品CADCAD模型的近似模型的近似处处理，主要是生成理，主要是生成STLSTL格式的分格式的分层层数据文件。数据文件。STLSTL数据数据处处理理实际实际上就是采用若干小三角形面片来逼近上就是采用若干小三角形面片来逼近模型的外表面。模型的外表面。这

44、这一一阶阶段需要注意的是段需要注意的是STLSTL文件生成的精度控制。目文件生成的精度控制。目前，通用的前，通用的CADCAD三三维设计软维设计软件系件系统统都有都有STLSTL数据的数据的输输出。出。（3 3）设定制作方向设定制作方向 原型的制作方向原型的制作方向十分重要的，不但影响着制作十分重要的，不但影响着制作时间时间和效率，更和效率，更影响着后影响着后续续支撑的施加以及原型的表面支撑的施加以及原型的表面质质量等，因此是一个重要的量等，因此是一个重要的环节环节，需要，需要综综合考合考虑虑各种因素。各种因素。 一般情况下，从一般情况下，从缩缩短原型制作短原型制作时间时间和提高制作效率来看，

45、和提高制作效率来看，应该应该选择选择尺寸最小的方向作尺寸最小的方向作为为叠叠层层方向方向。但是，有。但是，有时为时为了提高原型制作了提高原型制作质质量以及提高某些关量以及提高某些关键键尺寸和形状的精度，需要将最大的尺寸方向尺寸和形状的精度，需要将最大的尺寸方向作作为为叠叠层层方向方向摆摆放。有放。有时为时为了减少支撑量，以了减少支撑量，以节节省材料及方便后省材料及方便后处处理，也理，也经经常采用常采用倾倾斜斜摆摆放。放。 确定确定摆摆放方位以及后放方位以及后续续的施加支撑和切片的施加支撑和切片处处理等都是在分理等都是在分层软层软件系件系统统上上实现实现。对对于上述的小扳手，由于其尺寸于上述的小

46、扳手，由于其尺寸较较小，小，为为了保了保证轴证轴部外径尺寸以及部外径尺寸以及轴轴部内孔尺寸的精度，部内孔尺寸的精度，选择选择直立直立摆摆放，同放，同时时考考虑虑到到尽可能减小支撑的批次，大端朝下尽可能减小支撑的批次，大端朝下摆摆放。放。（4 4）施加支撑）施加支撑 制作方向制作方向确定后，便可以确定后，便可以进进行支撑的施加了。施加支撑是光固化行支撑的施加了。施加支撑是光固化快速原型制作前快速原型制作前处处理理阶阶段的重要工作。段的重要工作。对对于于结结构复构复杂杂的数据模型，支的数据模型，支撑的施加是撑的施加是费时费时而精而精细细的。支撑施加的好坏直接影响着原型制作的成的。支撑施加的好坏直接

47、影响着原型制作的成功与否及制作的功与否及制作的质质量。支撑施加可以手工量。支撑施加可以手工进进行，也可以行，也可以软软件自件自动实现动实现。软软件自件自动实现动实现的支撑施加一般都要的支撑施加一般都要经过经过人工的核人工的核查查，进进行必要的修改行必要的修改和和删删减。减。 支撑在快速成型支撑在快速成型过过程中是与原型同程中是与原型同时时制作的确保原型的每一部分制作的确保原型的每一部分都能被可靠的固定，并减少原型在制作都能被可靠的固定，并减少原型在制作过过程中程中发发生生翘翘曲曲变变形。形。 为为了便于在后了便于在后续处续处理中支撑的去除及理中支撑的去除及获获得得优优良的表面良的表面质质量，目

48、前，量，目前，比比较较先先进进的支撑的支撑类类型型为为点支撑，即在支撑与需要支撑的模型面是点接点支撑，即在支撑与需要支撑的模型面是点接触。触。a) CAD三三维维原始模型原始模型 b) CAD模型的模型的STL数据模型数据模型 光光固固化化快快速速原原型型前前处处理理 c) 模型的模型的摆摆放方位放方位 d) 模型施加支撑模型施加支撑 模模型型支支撑撑工工作作台台模模型型工工作作台台 支撑在快速成型制作中是与原型同支撑在快速成型制作中是与原型同时时制作的，支撑制作的，支撑结结构除了确构除了确保原型的每一保原型的每一结结构部分都能可靠固定之外，构部分都能可靠固定之外，还还有助于减少原型在制有助于

49、减少原型在制作作过过程中程中发发生的生的翘翘曲曲变变形。在原型的底部也形。在原型的底部也设计设计和制作了支撑和制作了支撑结结构，构，这这是是为为了成型完了成型完毕毕后能方便地从工作台上取下原型，而不会使原型后能方便地从工作台上取下原型，而不会使原型损损坏。成型坏。成型过过程完成后，程完成后，应应小心地除去上述支撑小心地除去上述支撑结结构，从而得到最构，从而得到最终终所需的原型。所需的原型。 支撑支撑结结构示意构示意图图 支撑结构的作用和类型：支撑结构的作用和类型： 作用：作用：支撑作用和减少翘曲变形。支撑作用和减少翘曲变形。 类型：类型：n斜支撑斜支撑主要用于支撑主要用于支撑悬悬臂臂结结构部分

50、，在构部分，在成型成型过过程中程中为悬为悬臂提供支承，同臂提供支承，同时时也也约约束束悬悬臂的臂的翘翘曲曲变变形。形。 主要用于支承腿部主要用于支承腿部结结构构 n 直支撑直支撑 支撑结构的作用和类型：支撑结构的作用和类型： 作用：作用：支撑作用和减少翘曲变形。支撑作用和减少翘曲变形。 类型：类型：n 腹板腹板n 十字壁板十字壁板主要用于孤立主要用于孤立结结构部分的支构部分的支撑。撑。 主要用于大面主要用于大面积积的内的内部支承部支承 。 （5 5）切片分层）切片分层 支撑施加完毕后，根据设备系统设定的分层厚度沿着高度支撑施加完毕后，根据设备系统设定的分层厚度沿着高度方向进行切片，生成方向进行

51、切片，生成RP系统需求的系统需求的SLC格式的层片数据文格式的层片数据文件，提供给光固化快速原型制作系统，进行原型制作。图件，提供给光固化快速原型制作系统，进行原型制作。图2-17给出的是该扳手的光固化原型。给出的是该扳手的光固化原型。某手柄的光固化快速原型某手柄的光固化快速原型2.2.原型制作原型制作 光固化成型过程是在专用的光固化快速成型设备系统上进行。在光固化成型过程是在专用的光固化快速成型设备系统上进行。在原型制作前，需要提前启动光固化快速成型设备系统，使得树脂材料原型制作前，需要提前启动光固化快速成型设备系统，使得树脂材料的温度达到预设的合理温度，激光器点燃后也需要一定的稳定时间。的

52、温度达到预设的合理温度，激光器点燃后也需要一定的稳定时间。设备运转正常后，启动原型制作控制软件，读入前处理生成的层片数设备运转正常后，启动原型制作控制软件，读入前处理生成的层片数据文件。据文件。 在模型制作之前，要注意调整工作台网板的零位与树脂液面的位在模型制作之前，要注意调整工作台网板的零位与树脂液面的位置关系，以确保支撑与工作台网板的稳固连接。当一切准备就绪后，置关系，以确保支撑与工作台网板的稳固连接。当一切准备就绪后，就可以启动叠层制作了。整个叠层的光固化过程都是在软件系统的控就可以启动叠层制作了。整个叠层的光固化过程都是在软件系统的控制下自动完成的，所有叠层制作完毕后，系统自动停止。制

53、下自动完成的，所有叠层制作完毕后，系统自动停止。界面显示了激光能源的某些信界面显示了激光能源的某些信息、激光扫描速度、原型几何息、激光扫描速度、原型几何尺寸、总的叠层数、目前正在尺寸、总的叠层数、目前正在固化的叠层、工作台升降速度固化的叠层、工作台升降速度等有关信息。等有关信息。SPS600光固化成型光固化成型设备设备控制控制软软件界面件界面 界面显示界面显示了激光能源的了激光能源的某些信息、激某些信息、激光扫描速度、光扫描速度、原型几何尺寸、原型几何尺寸、总的叠层数、总的叠层数、目前正在固化目前正在固化的叠层、工作的叠层、工作台升降速度等台升降速度等有关信息。有关信息。3.3.后处理后处理

54、在快速成型系统中原型叠层制作完毕后，需要进行在快速成型系统中原型叠层制作完毕后，需要进行一系一系列的列的后续处理工作，后续处理工作，如除废料、剥离支撑结构、进行后固化处如除废料、剥离支撑结构、进行后固化处理等等理等等。对于光固化成型方法成型的原型，。对于光固化成型方法成型的原型，此时原型还留有部此时原型还留有部分未完全固化的树脂，分未完全固化的树脂，还需还需用强紫外光用强紫外光进行后固化处理等进行后固化处理等；SLASLA原型制件由于是逐层硬化的，层与层之间可能会出现台阶，原型制件由于是逐层硬化的，层与层之间可能会出现台阶，必须去除必须去除。主要包括以下主要包括以下过过程：程：u取出原型取出原

55、型u清洗原型，去除残留树脂清洗原型，去除残留树脂u去除支撑并修整原型去除支撑并修整原型u后固化处理后固化处理u打磨原型打磨原型 原型叠层制作结束后，工作台原型叠层制作结束后，工作台升出液面，停留升出液面，停留510min，以晾，以晾干多余的树脂。干多余的树脂。 将原型和工作台一起斜放晾干后将原型和工作台一起斜放晾干后浸入丙浸入丙酮酮、酒精等清洗液体中，、酒精等清洗液体中，搅搅动动并刷掉残留的气泡。持并刷掉残留的气泡。持续续45min左左右后放入水池中清洗工作台右后放入水池中清洗工作台约约5min。 12，下面以某一下面以某一SLASLA原型为例给出其后续处理的步骤和过程原型为例给出其后续处理的

56、步骤和过程从外向内从工作台上取下原从外向内从工作台上取下原型，并去除支撑型，并去除支撑结结构。构。 再次清洗后置于紫外烘箱中再次清洗后置于紫外烘箱中进进行整体后固化。行整体后固化。 342.1.5 应应用用领领域域 SLASLA工艺由于具有成型过程自动化程度高、原型表面质量工艺由于具有成型过程自动化程度高、原型表面质量好、尺寸精度高以及成型效果较为精细等特点，在航天军工、好、尺寸精度高以及成型效果较为精细等特点，在航天军工、汽车制造、家电制造等行业的概念设计交流、产品模型制造、汽车制造、家电制造等行业的概念设计交流、产品模型制造、快速模具制造等方面得到了广泛应用。快速模具制造等方面得到了广泛应用。（1 1）航天）航天军军工工领领域域使用使用SLA工工艺艺制造的装有制造的装有传传感器的感器的弹弹体外壳体外壳雷神公司的雷神公司的战术导弹战术导弹全尺寸全尺寸SLA模型模型（2 2）汽）汽车车制造制造领领域域使用使用SLA工工艺艺制造的制造的仪仪表表盘盘盖模型盖模型使用用SLA工工艺艺制造的制造的实验实验用用发动发动机管道模型机管道模型（3 3）模具制造）模具制造领领域域（a）SLA成型的成型的树树脂原型脂原型（b）精）精铸铸件件使用使用SLA工工艺艺制造的制造的树树脂原型和精脂原型和精铸铸件件部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！