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【PConline 杂谈】快速成型技术也就是我们通常所说的3D打印，究其原理就是叠层制造，依靠3D打印机在XZY三个坐标上的位移，最终形成一个三维实物。与此同时，还有FDM、SLS、SLM、SLA等累积技术之分。而今天，我们便从最早出现并实现商用化的光固化（SLA）技术说起，一同了解光固化3D打印技术的奥秘。
正如有些材料遇热硬化，而有些遇冷硬化一样，光固化所采用的“光敏树脂”，是由聚合物单体与预聚体组成，加有光引发剂 （光敏剂），一般为液态。光敏树脂经过一定波长的UV光照射后，引起聚合反应最终固化。
SLA技术之所以不像FDM技术那样广为人知，或是因为它所采用的材料比较特殊，毕竟液体不易处理更不方便携带。而将“光固化”原理运用到3D打印并成功将其商业化的代表人物，则是在80年代创建3D Systems公司的Chuck Hull先生，而3D Systems公司也发展成当今3D打印领域的龙头企业之一，公司早期制定的“stl”文件格式，仍被沿用至今。
基于SLA技术的3D打印机，通过能量光源，结合光敏树脂受光硬化的特性，从而打印出物体的剖面层，并将每一个剖面层堆积黏合在一起，组成最终的设计成品。看似简单，3D Systems公司却花费了大量时间用以研究。
正如上图所示，绿色代表光敏树脂，在‘V’形漏斗底端滴一滴形成薄膜‘5’，将薄膜‘5’往上吹，借助表面张力作用，薄膜‘5’不仅不会破还变得厚度均匀，直达“V”形开口顶端；图中黄色则代表了清洗溶剂，在薄膜‘5’往上移动的过程中，清洗设备内部的光敏树脂，为下一阶段的‘剖面制作’做准备；薄膜‘5’受到‘103’能量光源的照射，完成工件‘41’另一层剖面；黄色清洗溶剂再次出现，将工件表面的非剖面部分的光敏树脂清洗干净，准备下一循环的剖面制作。
其实，这更像是吹肥皂泡泡，你会发现肥皂溶液迅速并规则的向外扩张，形成薄而均匀的肥皂溶层，只不过现在是将肥皂溶液换成光敏树脂，便是3D打印想要的均匀而薄的工作层。但整个3D打印过程非常耗时，3D Systems便将制程分割多份同时进行以节省时间，但碍于整体结构复杂，维护难度高，以致这个理想至今仍未出现在3D Systems生产的产品清单中。
相较于上个设计理念，3D Systems的这个研发思路则要实际很多。3D Systems在打印设备上添加了‘刮刀’（下图26），其作用在于将剖面上的光敏树脂涂层弄得平整均匀，以增加生产速度。具体方法则是每当新的剖面上叠加光敏树脂后，在使用能量光源前先用刮刀将剖面刮平一次，就像是在面包上均匀涂抹奶油。如今，这把‘刮刀’已成为3D Systems产品是选配备件，用户可按实际需求选择用或不用。
下面，我们再来看看3D Systems公司近期的研究成果，成品不再浸泡在光敏树脂里，而是改用将一层层的光敏树脂送至成品上。如图1所示，光敏树脂（绿色）经过供料头‘49’被涂至输送带‘11’上形成一个薄膜，薄膜随着输送带送到工件所在的位置。
图2中，‘37’、‘38’两处负责将光敏树脂涂到输送带上，由输送带将其运送至产品‘28’之下，开始制作另一层的剖面。
图3中，则显示了能量光源的位置所在。相较于吹肥皂泡原理，这种方法要简化很多，3D Systems称其为“Solid Imaging”技术。在3D Systems的目录中，一种称之为“Film Transfer Imaging”（FTI）的产品，便借用了“Solid Imaging”概念。 实际上，3D打印的最大弊端在于其打印速度实在太慢，这很难令其与传统工业生产相抗衡。当然，技术上的推陈出新是一方面，关键还在于打印材料。因此，3D Systems光固化技术的专利申请，约10%都与材料有关。对于SLA技术而言，用户除了关注打印设备外，更在意材料是否结合紧密、不易变型、耐高温等等，由此可见，选择性能优良的材料在3D打印过程中非常重要。 |
正在阅读：深度解析3D Systems光固化3D打印的奥秘!深度解析3D Systems光固化3D打印的奥秘!
2015-03-01 00:15
出处：PConline原创
责任编辑：sunziyi
