SLA光固化3D列印技術是什麼?爲什麼會顛覆傳統

什麼是SLA技術

SLA是"Stereo Lithography Apparatus"的縮寫,是世界上最早出現並實現商品化的一種快速成形(Rapid Prototyping, RP)技術,也是研究最深入、應用最廣泛的快速成形技術之一。其工藝是基於液態光敏樹脂的光聚合原理,專業翻譯為“立體光固化成型法”。

SLA 3D打印技術原理

SLA光固化3D打印技術是什麼?為什麼會顛覆傳統

SLA光固化3D打印

  1. 通過CAD設計出三維實體模型,利用離散程序將模型進行切片處理,設計掃描路徑,產生的數據將精確控制激光掃描器和升降臺的運動;

  2. 激光光束通過數控裝置控制的掃描器,按設計的掃描路徑照射到液態光敏樹脂表面,使表面特定區域內的一層樹脂固化後,當一層加工完畢後,就生成零件的一個截面;

  3. 升降臺下降一定距離,固化層上覆蓋另一層液態樹脂,再進行第二層掃描,第二固化層牢固地粘結在前一固化層上,這樣一層層疊加而成三維工件原型;

  4. 將原型從樹脂中取出後,進行最終固化,再經拋光、電鍍、噴漆或著色處理即得到要求的產品。

SLA的技術優勢

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SLA光固化3D打印

光固化成型法是最早出現的快速原型製造工藝,成熟度高,經過了長時間的檢驗。

  • 由CAD數字模型直接製成原型,加工速度快,產品生產週期短,無需切削工具與模具。

  • 可以加工結構外形複雜或使用傳統手段難於成型的原型和模具。

  • 使CAD數字模型直觀化,降低錯誤修復的成本。

  • 為實驗提供試樣,可以對計算機仿真計算的結果進行驗證與校核。

  • 可聯機操作,可遠程控制,利於生產的自動化。

  • 相比熱熔型材料的3D打印成型工藝(如FDM),SLA成型精度高,表面平整。

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技術缺陷:SLA系統造價高昂,使用和維護成本過高。

  • SLA系統是要對液體進行操作的精密設備,對工作環境要求苛刻。

  • 成型件多為樹脂類,強度、剛度和耐熱性有限,不利於長時間保存。

  • 預處理軟件與驅動軟件運算量大,與加工效果關聯性太高。

SLA 3D打印用途

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SLA光固化3D打印

  SLA 3D打印有打印形狀廣泛,成型速度快,精度高的特點, 應用的領域幾乎包括了製造領域的各個行業,在醫療、人體工程、文物保護等行業也得到了越來越廣泛的應用。

目前主要是應用於新產品開發的設計驗證和模擬樣品的試製上,即完成從產品的概念設計→造型設計→結構設計→基本功能評估→模擬樣件試製這段開發過程。對某些以塑料結構為主的產品還可以進行小批量試製,或進行一些物理方面的功能測試、裝配驗證、實際外觀效果審視,甚至將產品小批量組裝先行投放市場,達到投石問路的目的。

快速成型技術的主要應用各行業的應用狀況如下 :

  • 汽車、摩托車 : 外形及內飾件的設計、改型、裝配試驗,發動機、汽缸頭試製。

  • 家電 : 各種家電產品的外形與結構設計,裝配試驗與功能驗證,市場宣傳,模具製造。

  • 通訊產品 : 產品外形與結構設計,裝配試驗,功能驗證,模具製造。

  • 航空、航天 : 特殊零件的直接製造,葉輪、渦輪、葉片的試製,發動機的試製、裝配試驗。

  • 輕工業 : 各種產品的設計、驗證、裝配,市場宣傳,玩具、鞋類模具的快速製造。

  • 醫療 : 醫療器械的設計、試產、試用, CT 掃描信息的實物化,手術模擬,人體骨關節的配製。

  • 國防 : 各種武器零部件的設計、裝配、試製,特殊零件的直接製作,遙感信息的模型製作。

  • 精密鑄造:在由於光固化快速成形設備使用的液態樹脂是由碳、氫、氧等元素組成的高分子材料,在700℃以上的溫度下,可以完全燒蝕,沒有任何殘留物質,對於失蠟法制造精密鑄造模型來說,這是一個非常重要的性能。 目前在珠寶行業可代替人工雕蠟過程,可大大提高成型精度和效率。

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SLA光固化3D打印

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SLA打印材料液態樹脂

  目前整個3D打印行業,不管是FDM技術,還是SLA技術,最核心的問題不是設備技術層面,而是打印材料層面,這個問題困擾了SLA 3D打印的發展。FDM設備用的材料可以說是遙遙領先其他3D打印技術,已相對成熟,但SLA技術仍因材料問題而應用受限。

  SLA設備所使用的液態樹脂,在成型機械性能上還無法達到替代傳統注塑成型製品,存在韌性差,強度低的問題,所以市場上出現的實用件很少。

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  在高端應用中,比如對力學性能和精度要求較高的手板模,樹脂基本被國外壟斷,國內的廠商能生產出SLA設備直接使用的樹脂材料的寥寥無幾。少有的幾家國產樹脂材料,有韌性不足、成型模型粗糙、強度差、成型變形收縮大等一系列問題。

  針對這一問題,目前潤奧化工與南京大學等高校合作,共同開發使用於SLA/DLP工藝3D打印樹脂,並已取得可喜進展。


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