光固化成型

目录•光固化成型的概念•光固化成型的原理•光固化成型的应用•光固化成型的优势与缺憾•光固化成型的发展前景光固化成型的概念•StereolithographyAppearance的缩写,即立体光固化成型法.•光固化（photocuring）指单体、低聚体或聚合体基质在光诱导下的固化过程，一般用于成膜过程等不饱和聚酯树脂的光固化。用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由点到线,由线到面顺序凝固,完成一个层面的绘图作业,然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度,再固化另一个层面.这样层层叠加构成一个三维实体.光固化技术是—项节能和清洁环保型技术，它节约能源——能耗仅为热固化的五分之一，且不含溶剂、对生态环境有保护作用，不会向大气排放毒气和二氧化碳，故被誉为“绿色技术”。光固化技术(UV)是通过一定波长的紫外光照射，使液态的环氧丙烯酸树脂高速聚合而成固态的一种光加工工艺，光固化反应本质上是光引发的聚合、交联反应。光固化涂料是光固化技术在工业上大规模成功应用的最早范例，也是目前光固化产业领域产销量最大的产品，规模远大于光固化油墨和光固化胶结剂，而环氧丙烯酸是主要的光固化涂料。光固化成型的原理•光固化快速成型制造技术不同于传统的材料去除制造方法，它的成型原理是：SLA将所设计零件的三维计算图像数据转换成一系列很薄的模型截面数据，然后在快速成型机上，用可控制的紫外线激光束，按计算机切片软件所得到的每层薄片的二维图形轮廓轨迹，对液态光敏树脂进行扫描固化，形成连续的固化点，从而构成模型的一个薄截面轮廓。下一层以同样的方法制造。该工艺从零件的最底薄层截面开始，一次一层连续进行，直到三维立体模型制成。一般每层厚度为0.076～0.381mm，最后将制品从树脂液中取出，进行最终的硬化处理，再打光、电镀、喷涂或着色即可。图1所示为SLA控制原理示意图。光固化快速成型工艺原理图1材料的选择•要实现光固化快速成型，感光树脂的选择也很关键。它必须具有合适的粘度，固化后达到一定的强度，在固化时和固化后要有较小的收缩及扭曲变形等性能。更重要的是，为了高速、精密地制造一个零件，感光树脂必须具有合适的光敏性能，不仅要在较低的光照能量下固化，且树脂的固化深度也应合适。•光固化快速成型的过程分为前处理、分层叠加成型及后处理三个阶段，具体步骤图所示2成型过程及控制3成型加工误差对精度的影响1）机器误差。机器误差是成型机本身的误差，它是影响制件精度的原始误差。机器误差在成型系统的设计及制造过程中就应尽量减少，因为它是提高制件精度的硬件基础。2）树脂收缩变形产生的误差。由于树脂从液态到固态的聚合反应过程中要产生线性收缩和体积收缩，而线性收缩将导致在层堆积时产生层间应力，这种层间应力使零件变形，导致精度丧失，并且这种变形的机理复杂，与材料的组分、光敏性、聚合反应的速度有关。实践证明；通过开发低粘度、低收缩、高强度的树脂是提高零件精度的根本途径。3）加工参数设置误差对精度的影响①光斑直径产生的误差。SLA成型系统所用的光源光点实际上是一个具有一定直径的光斑，成型中不能将光斑近似为光束能量聚集的光点，光能量分布在整个光斑范围内，实际固化成型的零件轮廓是光斑中心运行轨迹上一系列固化点包络形成的。如果不采用补偿,所作出的零件实体部分实际上每侧大了一个光斑半径，零件的长度尺寸大了一个光斑直径,使零件出现正偏差。为了减小或消除正偏差，采用光斑补偿，使光斑扫描路径向实体内部缩进一个光斑半径的路径扫描，所得零件的长度尺寸误差为零。②扫描参数对成型精度的影响。a)平面扫描固化深度只与扫描速度、激光功率和扫描间距有关。固化层的厚度略小于层厚时，可以自由收缩而不产生层间应力，从而降低翘曲变形，但是会造成层和层之间有错位，原因是固化薄层随液态树脂在槽内流动而产生的漂移；固化层的厚度略大于层厚时，可以使层与层之间粘固在一起，但是随着固化层厚的增加，翘曲变形会加大。b)为了保证加工顺利进行，分层厚度要小于最大固化深度。由于激光能量必须穿透当前层，才能使相邻两层粘结。c)光束扫描间距要小于最大固化线幅。相邻的扫描固化线条必须有一定的重叠，才能使液态树脂所固化的部分具有一定的强度。d)要合理地控制扫描速度和扫描间距。扫描速度越低，则最大固化线幅越大，相邻的固化线条重合大，可导致制件内部应力集中；相反，如果扫描速度过大，与扫描间距配合不当，制件内部尚未固化的树脂在后固化过程中固化，进而产生变形，引起误差。③扫描方式产生的误差。在光固化成型机上加工零件时，激光束在计算机控制下，采用一种扫描方式在XY方向有序扫描零件轮廓的内部区域，即填充扫描。根据不同的光束扫描方向和扫描线之间的相对位置，可派生出多种实用的扫描方式。在不同的扫描方式下，固化成型过程中所产生的层间应力的大小和方向是不同的，这种层间应力的差异在宏观上表现为工件变形和收缩量的不同，在不同的扫描方式下，工件的变形程度有很大的差别。光固化成型的应用(1)用SLA制造模具•用SLA工艺快速制成的立体树脂模可以代替蜡模进行结壳，型壳焙烧时去除树脂膜，得到中空型壳，即可浇注出具有高尺寸精度和几何形状、表面光洁度较好的合金铸件或直接用来制注射模的型腔，可以大大缩短制模过程，缩短制品开发周期，降低制造成本。（2）可以对样品形状及尺寸设计进行直观分析在新产品设计阶段，虽然可以借助设计图纸和计算模拟对产品进行评价，但不直观，特别是形状复杂产品，往往因难于想象其真实形貌而不能作出正确、及时的判断。采用SLA可以快速制造样品，供设计者和用户直观测量，并可迅速反复修改和制造，可大大缩短新产品的设计周期，使设计符合预期的形状和尺寸要求。(3)用SLA制件进行产品性能测试与分析在塑料制品加工企业，由于SLA制件有较好的机械性能，可用于制品的部分性能测试与EDEN350V（第二代光固化成型机）光固化成型的优势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.光固化成型的缺憾1.SLA系统造价高昂,使用和维护成本过高.2.SLA系统是要对液体进行操作的精密设备,对工作环境要求苛刻.3.成型件多为树脂类,强度,刚度,耐热性有限,不利于长时间保存.4.预处理软件与驱动软件运算量大,与加工效果关联性太高.5.软件系统操作复杂,入门困难;使用的文件格式不为广大设计人员熟悉.6.立体光固化成型技术被单一公司所垄断.光固化成型的发展前景•立体光固化成型法的的发展趋势是高速化,节能环保与微型化.•RPM技术已经在许多领域里得到了应用，其应用范围主要在设计检验、市场预测、工程测试(应力分析、风道等)、装配测试、模具制造、医学、美学等方面。RP技术在制造工业中应用最多（达到67%），说明RP技术对改善产品的设计和制造水平具有巨大的作用•不断提高的加工精度使之有最先可能在生物,医药,微电子等领域大有作为.目前快速成形技术还存在许多不足，下一步研究开发工作主要在以下几方面：（1）改善快速成形系统的可靠性、生产率和制作大件能力，尤其是提高快速成形系统的制作精度；（2）开发经济型的快速成形系统；（3）快速成形方法和工艺的改进和创新；（4）快速模具制造的应用；（5）开发性能良好的快速成形材；（6）开发快速成形的高性能软件等。总而言之，快速成型技术是一种新型成型方法，虽然问世不久，但已广泛应用于国民经济的许多领域，给许多行业带来了巨大的经济效益。随着市场一体化竞争的日趋激烈，要求新产品开发和生产周期越来越短，这为快速成型技术的生产与发展带来了广阔的空间。RP技术将会被越来越多的企业所采用，对企业的发展发挥起到越来越重要的作用，并将给企业带来丰厚回报，其自身也将获得更大的发展。本节课到此结束谢谢大家！