淺論立體光刻工藝的研究進(jìn)展

摘 要 光固化成型是一種增材制造快速成型技術(shù)。本文簡(jiǎn)要介紹了光固化成型技術(shù)的原理，綜述了目前的研究現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞 光固化成型;材料;快速成型

光固化成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA）也被稱為立體光刻成型，屬于快速成型技術(shù)中的一種，簡(jiǎn)稱為SLA，有時(shí)也稱為SL。光固化成型技術(shù)主要是使用光敏樹脂作為原材料，通過特定波長(zhǎng)與強(qiáng)度的激光（紫外光）聚焦到光固化材料表面，使之由點(diǎn)到線、由線到面的順序凝固，從而完成一個(gè)層截面的繪制工作。然后在垂直方向上升降打印臺(tái)一個(gè)層厚單位的高度。接著再照射固化下一個(gè)層面。這樣循環(huán)完成固化、移動(dòng)的過程，從而層層疊加完成一個(gè)三維實(shí)體的打印工作。

1技術(shù)原理

SLA的工作原理概述為：在計(jì)算機(jī)控制下，紫外激光部件按設(shè)計(jì)模型分層截面得到的數(shù)據(jù)，對(duì)液態(tài)光敏樹脂表面逐點(diǎn)掃描照射。使被照射區(qū)域的光敏樹脂薄層發(fā)生聚合反應(yīng)而固化，從而形成一個(gè)薄層的固化打印操作。當(dāng)完成一個(gè)截面的固化操作后，工作臺(tái)沿Z軸下降一個(gè)層厚的高度。由于液體的流動(dòng)特性，打印材料會(huì)在原先固化好的樹脂表面自動(dòng)再形成一層新的液態(tài)樹脂。因此照射部件便可以直接進(jìn)行下一層的固化操作。新固化的層將牢固地結(jié)合在上一層固化好的部件上。循環(huán)重復(fù)照射、下沉的操作，直到整個(gè)部件被打印完成。但在打印完成后，還必須將原型從樹脂中取出再次進(jìn)行固化后處理，通過強(qiáng)光、電鍍、噴漆或著色等處理得到需要的最終產(chǎn)品。

2技術(shù)發(fā)展情況分析

蔣三生[2]以國(guó)產(chǎn)光敏樹脂為打印材料，基于立體光刻 （SLA） 光固化技術(shù)制備實(shí)驗(yàn)樣品，研究了激光功率、光斑直徑、切片厚度和填充掃描速度幾個(gè) SLA 工藝參數(shù)對(duì)樣品的打印時(shí)間、密度、尺寸偏差、表面粗糙度和彎曲強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，基于 SLA 技術(shù)打印的實(shí)驗(yàn)樣品，其密度和彎曲強(qiáng)度的大小主要由材質(zhì)本身決定;打印時(shí)間與切片厚度幾乎成反比例函數(shù)關(guān)系;樣品尺寸偏差的絕對(duì)值隨著切片厚度的增加呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，表面粗糙度隨著切片厚度的增加而增大。

李東方[3]等介紹了傳統(tǒng)光固化成型技術(shù)在數(shù)據(jù)格式、光斑補(bǔ)償?shù)染确矫娴难芯俊?duì)噴射固化成型技術(shù) 、面曝光光固化成型技術(shù) 、 光敏樹脂的研究進(jìn)行了闡述 ，并介紹了最新的CLIP 技術(shù)。

李晶晶[4]等提出為了獲得性能優(yōu)異的立體光固化成型 （SLA） 制件，以 SZUV–W8001P 型光敏樹脂為打印材料，基于 SLA光固化 3D 打印機(jī)制備了不同工藝參數(shù)下的標(biāo)準(zhǔn)拉伸、彎曲及沖擊試樣，探究了打印層厚、填充掃描速度、填充線距及后固化時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì) SLA 成型試樣力學(xué)性能的影響。

司馬建高[5]等論述了SLA 3D打印在熔模鑄造領(lǐng)域中的應(yīng)用以及具體的工藝過程，重點(diǎn)研究了薄壁鑄件脹殼的問題，并結(jié)合實(shí)例提供了解決方案。

專利文獻(xiàn)CN 210415532 U提出一種基于并行機(jī)構(gòu)的高精度SLA激光3D打印機(jī)。包括打印裝置、SLA激光裝置以及用于控制激光運(yùn)動(dòng)的基于Stewart平臺(tái)的控制裝置;該實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作;激光頭裝在Stewart平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)激光束的各種角度轉(zhuǎn)動(dòng)掃描，使被掃描區(qū)的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)后固化。

專利文獻(xiàn)CN 110757800 A提出一種工業(yè)SLA激光3D打印機(jī)，旨在提供一種自動(dòng)化程度高、組裝方便和加工效率高的工業(yè)SLA激光3D打印機(jī)。其包括機(jī)架和設(shè)置于所述機(jī)架內(nèi)的工作臺(tái)，所述工作臺(tái)上內(nèi)嵌有料斗，所述工作臺(tái)上設(shè)置有Z軸機(jī)構(gòu)，所述Z軸機(jī)構(gòu)的正面設(shè)置有位于所述料斗上方的網(wǎng)板托盤升降機(jī)構(gòu)，所述料斗的兩端之間設(shè)置有往返刮刀機(jī)構(gòu)，所述機(jī)架的上端設(shè)置有激光組件，所述激光組件的激光正對(duì)著料斗，所述機(jī)架上還設(shè)置有懸臂操作箱。

3結(jié)束語(yǔ)

3D打印已經(jīng)為傳統(tǒng)的加工方式帶來了變革，SLA作為其主流技術(shù)之一已獲得廣泛應(yīng)用。光敏樹脂材料作為SLA加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)其不斷研發(fā)應(yīng)用必定會(huì)為3D打印技術(shù)的更廣泛推廣提供助力。

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作者簡(jiǎn)介

馮淑瑩（1985-），女，廣東廣州人;職稱：審查員，助理研究員，現(xiàn)就職單位：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心材料工程發(fā)明審查部，研究方向：材料成型加工。