2018立体光固化快速成型工艺过程分析
摘 要：作为一种离散堆积成型的成形方式，快速成型可以在无模具、刀具和工装的情况下，直接读取STL数据，快速制造出具有复杂形状的实体部件。本文简述了立体光固化快速成型技术的工艺过程并分析了工艺缺陷，最后指出快速成型技术的发展方向。http://
关键词：快速成型 实体部件 加工精度
一、引言
快速成型技术是先进制造技术的重要分支，无论在制造思想上还是实现方法上都有很大的突破，利用快速成型技术可以对产品设计进行迅速评价、修改，并自动快速地将设计转化为具有相应结构和功能的原型产品或直接制造出零部件，从而大大缩短新产品的开发周期，降低产品的开发成本，使企业能够快速响应市场需求，提高产品的市场竞争力和企业的综合竞争能力。光固化快速成型又称为立体印刷成型，是集控制技术、激光技术、物理化学等高新技术于一体的综合性技术。
二、快速成型的工艺过程
快速成型的工艺过程具体如下：
（一）产品三维模型的构建。首先构建待加工工件的CAD模型。该CAD模型可以利用计算机辅助设计软件直接构建。也对产品实体进行激光扫描、CT断层扫描，得到点云数据，然后利用反求工程的方法来构造三维模型。
（二）三维模型的近似处理。产品加工前要对模型进行近似处理，STL格式文件目前已经成为快速成型领域的准标接口文件。STL文件有二进制码和ASCII码输出形式的文件所占用的空间小得多，但ASCII码输出形式可以阅读和检查。典型的CAD软件都带有转换和输出STL格式文件的功能。
（三）三维模型的切片处理。根据被加工模型的特征选择合适的加工方向，在成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的轮廓信息。间隔一般取0.05-0.5?L，常用0.1?L。间隔越小，成型精度越高，但成型时间也越长，效率就越低，反之则精度低，但效率高。
（四）成型加工。根据切片处理的截面轮廓，在计算机控制下，相应的成型头（激光头或喷头）按各截面轮廓信息做扫描运动，在工作台上一层一层地堆积材料，然后将各层相粘结，最终得到原型产品。
（五）成型零件的后处理。从成型系统里取出成型件，进行打磨、抛光、涂挂，或放在高温炉中进行后烧结，进一步提高其强度。
三、立体光固化成形工艺方法
立体光固化（stereo lithography apparatus，简称SLA），又称为立体光刻。SLA工艺是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长（325或355nm）和强度（w=10-400mw）的紫外光的照射下能迅速发生光聚合反应, 分子量急剧增大, 材料也就从液态转变成固态。图1为SLA成型过程的原理图，液槽中盛满液态光敏树脂，激光束在偏转镜作用下, 能在液态表面上扫描, 扫描的轨迹及激光的有无均由计算机控制, 光点扫描到的地方, 液体就固化。成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度，液面始终处于激光的聚焦平面，聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描，即逐点固化。当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮平器将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕, 得到一个三维实体模型。
SLA方法是目前快速成型技术领域中研究得最多的方法，也是技术上最为成熟的方法。一般层厚在0.1到0.15mm，成形的零件精度较高。多年的研究改进了截面扫描方式和树脂成形性能，使该工艺的加工精度能达到0.1mm，现在最高精度已能达到0.05mm。但这种方法也有自身的局限性，比如需要设计支撑结构，才能确保成型过程中制件的每一个结构部位都可靠定位；成本较高，可使用的材料较少。目前可用的材料主要为光敏液态树脂，强度较低不能进行力学测试；液态树脂具有刺激气味和轻微毒性，应避光保护并防止发生聚光反应；液态树脂固化后的性能不如常用的工程塑料，一般较脆、易断裂、不适宜机械加工。
四、快速成型技术的发展
快速成型技术的巨大优点及其发展速度己引起各国政府的高度重视，纷纷确立一些重点研究项目进行资助。我国于20世纪90年代初也开始了快速成型技术的研究，尽管起步较晚，但也取得了丰硕的成果。现在一些有实力的大学和研究机构也在进行创新工艺的研究，如中国科学院自动化研究所在国家863计划的支持下开展了纳米晶陶瓷材料、金属材料、异质材料等快速成型技术的研究，取得了一定成果。
进一步提高加工速度和成形精度，降低系统价格和运行成本，开发出满足工程要求的材料是快速成型领域发展的重点。本文探讨了立体光固化快速成型技术的工艺过程与特点并指出快速成型技术未来的发展方向。
参考文献：
曹炜,曾忠,李合生.快速成形技术及其发展趋势.机械设计与制
造,2006(5):104.106.
刘伟军.快速成型技术及应用.北京:机械工业出版社,2005.1.
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