抗氧化植物素铜合金铸件铸造技术课程教案
制作人：杨兵兵
陕西工业职业技术学院
光固化立体成型（SLA/SL）原理
一、光固化立体成型（SLA/SL）
光固化立体成型（SLA或SL，Stereolithography Apparatus），也称光固化成型、立体光刻、立体平版印刷、激光扫描成型等。灭火器标签
二、光固化立体成型（SLA）技术的发展历程
光固化立体成型技术最早出现在1981年，日本名古屋市工业研究所的小玉秀男（Hideo Kodama）发表了题为“基于聚合物光固化法的三维塑料模型自动成型方法”（Automatic method for fabricating a three-di
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mensional plastic model with photo-hardening polymer）的研究论文，提出了一种利用紫外光照射光敏树脂、分层堆积制造三维塑料模型的方法。1983年，美国人Chuck Hull制造了首个3D打印部件，成功发明了光固化立体成型技术，他在1984年申报了相关专利并于1986年获批。1986年Chuck Hull等人联合创立了世界上第一家生产3D打印设备的企业——3D Systems公司，这是3D打印技术发展的一个里程碑，标志着3D打印技术从研究阶段进入了实用阶段。1987年，3D Systems推出全球首款商用3D 打印机——SLA-1。 有意思的是在Chuck Hull正式申报专利三周之前，有三个法国人也提交了关于光固化立体成型工艺的专利申请，但该发明专利后来被法国通用电气公司（后来的阿尔卡特-阿尔斯通）和CILAS（激光工业有限公司）丢弃不用。
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光固化立体成型是利用紫外激光按照CAD分层数据转换成的数控加工代码逐点、逐层扫描液态紫外光敏树脂材料，引发被辐射区域树脂发生连
锁化学反应，形成线性、交联结构的高分子聚合物，从而使激光扫描轨迹上的液态树脂固化，并通过逐层累积叠加制造出三维实体零件。
1994年西安交通大学教授卢秉恒成立了先进制造技术研究所，进行光固化成型技术的研究。
1995年9月18日，SLA样机在国家科委论证会上获得很高的评价，并争取到“九五”国家重点科技攻关项目250万元的资助。
1997年，卢秉恒团队卖出了国内第一台光固化快速成型机。
三、光固化立体成型（SLA）技术工作原理
SLA技术的工作原理如图所示。在树脂槽中盛满液态光敏树脂材料，成型过程开始时，可升降工作台的上表面处于树脂液面之下一个截面层厚的位置，聚焦后的紫外激光束在控制系统的控制下按零件的分层截面数据在液态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并瞬间固化，形成零件的一个截面层片；当一层固化后，工作台下移一个层厚的距离，树脂槽中的液态树脂自动流过并覆盖已固化的截面层片，刮刀按照设定的层高作往复运动，刮去多余的树脂，紧接着进行下一层扫描固化，由于激光硬化深度比一个层厚要深，新的固化层在成型的同时也与上一层结合为一体；如此反复直至整个工件制作完成。当工件制作完成后，先将工件取出，将多余的树脂排净；然后去掉支撑，用酒精、丙酮等溶剂进行清洗，然后再将工件放在紫外激光下进行整体后固化，根据需要还可进行喷砂、抛光、研磨等表面处理操作。
四、光固化立体成型（SLA）的优点
（1）光固化立体成型是最早商业化的増材制造工艺，最为成熟，其他
成型方法都以SLA技术作为参照基准；
（2）采用激光扫描非接触式加工，成型速度快；
（3）打印精度高，打印件的尺寸精度可以达到±0.1毫米以内，国外先进设备精度可达±0.075毫米；
（4）平面分辨率高，可达4000DPI，相当于平面打印位置分辨率6.35微米，能构建复杂细微结构；
（5）表面质量较好，分层厚度最小可达25微米，也能有效减轻台阶效应对侧面精度的影响；
温度自动控制系统（6）可以直接加工用于精密铸造的具有中空结构的消失模，也可直接制成部分塑料功能零件或软模的母模；
（7）可以制作有透明效果的制件。
SLA技术具有成型速度快、加工精度高、表面质量好、自动化程度高、以及系统运行相对稳定等特点。主要应用于打印结构复杂、精度要求较高的工件。适合于制作中小型工件，能直接得到塑料产品；SLA技术使用的树脂材料在700℃以上的温度下可以完全烧蚀，可以代替蜡模用于精密铸造，也可用于制作快速制模的母模。
五、光固化立体成型（SLA）的缺点
（1）SLA设备价格昂贵，使用维护成本高，对工作环境要求较高；
（2）成型材料主要为液态光敏树脂，材料价格贵、种类较少，对存放环境有光线和温度要求，液态树脂材料有气味和轻微毒性，人体接触后容易发生皮肤过敏；
（3）SLA打印件一般需要做后固化处理进行二次固化，光敏树脂固化
后材质较脆、容易断裂，固化后一般不能进行切削加工；
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（4）SLA打印件的强度、耐热性和对光照射的抵抗力普遍较差，很难长时间保存；
（5）SLA打印件在成型过程中稳定性相对较低，相当于胶质状态，制品上横向凸出部分或悬臂结构如果超出一定尺寸或角度范围时，必须要合理设置支撑，支撑结构需在工件打印结束后、未完全固化之前手工去除，会影响成型精度。
光固化立体成型（SLA）打印件展示如图1-4所示
图1 丹麦助听器制造商Widex利用SLA打印件助听器外壳
图2 日本CMET公司打印的发动机缸体模型。
