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3D打印技术普及之一:SLA立体光固化成型技术

发表时间:2021-02-01 15:05

     SLA作为3D打印成型的一种方式,因其材料多样化,价格便宜,已被大众所接受,并得到了广泛的应用。SLA凭借成型精度高、质量好,在3D打印领域内享有较高的声誉,被称为“最成熟的3D打印技术”。接下来,哈工三维带大家一起来详细了解SLA 3D打印技术。


什么是SLA?


     SLA是一种增材制造工艺,模型是通过使用紫外(UV)激光束选择性地一层一层地固化聚合树脂而成。SLA中使用的材料是液体光敏热固性聚合物。作为第一项3D打印技术,SLA成名很早,其发明者早在1986年就为这项技术申请了专利。如果模型需要高精度或光滑表面,SLA是最具性价比的3D打印技术。


SLA的工作原理


     液槽中盛满液态光敏树脂,紫外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。


SLA打印机的应用范围


     鉴于SLA 3D打印技术所拥有的这些优势,可将其用于快速加工高精度、高表面质量、多细节手板样件,还可用于汽车模具,医疗生物,军工、鞋业、文创、教育科研、航天航空、消费电子、游戏动漫、建筑设计、雕塑造型、家居装饰等领域概念模型、一般部件、外观验证、装配校核,某些情况下更能用于功能测试。此外,还可用于那些有特殊要求有相应的特性材料,例如耐热、全透明等。


SLA打印机的优势


1、光固化成型法是最早出现的快速原型制造工艺,成熟度高,经过时间的检验。

2、由CAD数字模型直接制成原型,加工速度快,产品生产周期短,无需切削工具与模具。

3、可以加工结构外形复杂或使用传统手段难于成型的原型和模具。

4、使CAD数字模型直观化,降低错误修复的成本。

5、为实验提供试样,可以对计算机仿真计算的结果进行验证与校核。

6、可联机操作,可远程控制,利于生产的自动化。


影响SLA打印速度的九大因素


1、工件摆向和形状


     工件在打印时的摆向对打印速度的影响很大,却常常被忽略,仅仅是将工件的摆向转个不同的角度,或者翻转180°就可以大大缩短一个复杂的成型所需的时间,这与刮刀的移动有关。当一层固化完成后,刮刀需要扫过刚固化的部分,以确保树脂材料均匀覆盖、料池完全水平,这个过程是非常缓慢的,比固化单层还要慢得多。刮刀之所以移动缓慢是为了降低对树脂材料的扰动,刮刀完成这一过程后,需要等待一小段时间,让树脂材料中的小波动消失。


     如果能缩短这一步骤所需的时间,那么就能在整体上节约很多时间,这就是工件摆向发挥作用的地方。对于大部分材料都分布在同一边的工件,将这一边摆放得最靠近刮刀的起始位置是非常重要的,这样就能缩短刮刀每次的移动距离。


2、刮刀的涂铺速度


     如上所述,涂铺刮刀的慢速移动大大延长了整个打印过程。除了明智地摆放工件,将刮刀的移动距离最小化,还可以调整刮刀的移动速度,但是在提高刮刀速度时要特别小心,刮刀移动速度越快,对树脂表面造成波动的可能性就越高,这不仅会影响工件的打印质量,在一些情况下确实还可能降低打印速度。如果设备安装了树脂传感器,那么树脂表面的波动就能被监测到,设备就会等待波动消失才进行下一次扫描,这就抵消了加快刮刀移动速度所带来的优势。


3、层厚


     层厚对打印速度的影响是非常直接的。某个成型的层厚越小,需要打印的层数就越多,打印的时间也相应的延长。当然,由于Z轴分辨率的提高,人们希望打印层数也能更多。我们常常忽略的因素之一是如果打印时采用相对较高的层厚,虽然可以在打印阶段节省很多时间,但是工件的隆起效果也会加重,隆起通常需要在后处理阶段进行处理,所以在打印时通过打印更少的层数节省的时间,就被额外的打磨和抛光占用了。


4、扫描速度


     你可能会认为扫描速度(固化树脂层时的激光速度)是影响打印速度的主要因素之一,但是实际上它的影响很小。逐层扫描需要的时间比打印流程中的其它部分,如涂铺,需要的时间短多了,所以提高每层的扫描速度只能节约很短的时间。当然,如果成型时间长,那么节约的时间可以积少成多,尤其是在每层的树脂量很大的情况下,但是我们也无法通过不断提高扫描速度以加速工件打印。因为如果激光扫描速度太快,树脂的固化时间就不足,所以扫描速度通常是受其它因素制约的。


5、扫描间距


     扫描间距是SLA打印中最关键的参数之一。扫描间距指的是每个激光扫描光斑之间的距离,光束的光斑距离越近,需要的光斑也更多,打印的时间就更长。较宽的扫描间距虽然可以缩短打印时间,但是和层厚的情况类似,会造成边缘粗糙,加大后处理工作量,这点一定要牢记在心。在一些情况下,虽然打印时间缩短,但是整个交货期却延长了,对于对精度要求不高的工件来说,加宽扫描间距是加快成型的好办法。


6、材料


     打印所使用的树脂材料的性质对于打印速度的影响也是非常大的。固化成柔韧材料的树脂和固化成坚硬结实的材料的树脂的固化速度是不同的,不同的固化速度影响着打印速度,固化时间更长的树脂材料不适用于高扫描速度打印。因此,一些树脂材料只能采用较慢的打印方式,而其他材料的打印速度可以快一些,且不会有不利影响。


7、传感器


     每台SLA打印机都有一个传感器监测料池中树脂的液位和表面波动情况。波动是由于涂铺刀片的移动产生的,有时环境也会使得表面产生波动。为了实现精度最大化,可以将传感器设置为高度敏感,并延迟下次扫描,直到料池中的所有波动都完全消失。


     当然,这种保守的方法意味着需要花费很多时间等待树脂完全静止不动。如果想要更快的打印速度,可以将传感器设置得更宽松一些,允许一些最微小的波动,使得打印进程得以加快。在调节传感器时,一定要考虑到所使用的树脂材料、涂铺刮刀移动速度和周围环境。在频繁震动的建筑中打印工件可能会大大降低成型速度。


8、振镜质量


     振镜是SLA打印中最关键的元件之一,是激光器控制的核心部分。你可能会认为这对打印速度的影响很大,但是事实上打印速度是受上述的一些其它因素制约的。高质量的振镜可能可以达到非常高的扫描速度,但是由于树脂材料和实际固化过程的限制,这样的高速扫描通常无法使用。虽然振镜的质量不能说是对速度毫无影响,但是对精度和耐用性的影响比对速度的影响大。毕竟,超高的精准度可以让我们在设置上更灵活以达到速度和精度二者的效率最大化。


9、成型空间的利用


     工业级SLA打印机相较于桌面级SLA打印机的最大优势之一是工业级SLA打印机可以在一个成型空间中打印多个工件,其依靠的是正面朝上的打印方向和更宽更深的树脂料池。最大化地利用料池的所有空间是加快批量工件打印速度的最佳方式之一。利用一个成型室同时打印16个工件比设备运行两次,每次打印8个工件好得多。


     有时需要一定程度上的重新摆放,但是从长远来看,让工件的摆放更好地适合成型室的空间通常能节约时间。虽然在成型扫描阶段无法节约时间(需要固化的材料的数量相同),但是减少成型次数能大大减少刮刀的涂铺次数和整批的总层数。由于刮刀的涂铺和Z轴的移动是打印流程中最慢的一部分,所以减少这些次数能在很大的程度上节约整体打印时间。


     在3D打印领域,哈工三维通过对技术的不断创新和对细节的把控,精益求精,不断满足并超越用户的期待,从而受到了越来越多的关注!哈工三维的愿景是成为行业内有影响力的3D打印公司,也将朝着这个目标不断努力、不断前行!


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