第二章_光固化快速成型工艺汇总.
2.第2章 快速成型技术及其在铸造中的应用解析
第2章快速成型技术及其在铸造中的应用2.1 引言快速成型（Rapid Prototyping-RP）技术是国际上新开发的一项高科技成果，简称快速成型技术。
它的核心技术是计算机技术和材料技术。
快速成型技术摒弃了传统的机械加工方法，根据CAD生成的零件几何信息，控制三维数控成型系统，通过激光束或其它方法将材料堆积而形成零件的。
用这种方法成型，无需进行费时、耗资的模具或专用工具的设计和机械加工，极大地提高了生产效率和制造柔性。
从制造原理上讲，快速成型（RP）技术一改“去除”为“堆积”的加工原理，给制造技术带来了革命性的飞跃式发展。
基于RP原理的快速制造技术经十几年的发展，在创新设计、反求工程、快速制模各方面都有了长足的进步。
RP技术的应用可大大加快产品开发速度，缩短制造周期，降低开发成本。
现代市场竞争的特点是多品种、小批量、短周期，要求企业对市场能快速响应并不断推出新产品占领市场，如新型电话机的市场寿命仅6个月，又如台湾和日本摩托车行业，每三个月就推出一种新型摩托车投入市场，摩托车几万辆就需改型。
二十世纪九十年代以来，在信息互联网支持下，由快速设计、反求工程、快速成形、快速制模等构成的快速制造技术取得很大进展。
快速成形技术最早产生于二十世纪70年代末到80年代初，美国3M公司的Alan J. Hebert(1978)、日本的小玉秀男(1980)、美国UVP公司的Charles W. Hull(1982)和日本的丸谷洋二(1983)，在不同的地点各自独立地提出了RP的概念，即用分层制造产生三维实体的思想。
Charles W. Hull 在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为Stereolithography Apparatus (SLA)的完整系统SLA-1，1986年该系统获得专利，这是RP发展的一个里程碑。
同年，Charles W. Hull和UVP的股东们一起建立了3D System公司。
@2光固化快速成型工艺
逐层堆积时的层间应力，使工件变形、翘曲。 整个制件尺寸的变化，导致制件精度误差。
第2章 光固化快速成型工艺
2.4
精 度 及 效 率
2、成型过程产生的误差
加工参数设置误差
激光扫描方式产生的误差
（连续扫描、分片区域扫描、环形扫描和三角角剖分扫描）
光斑补偿设置误差 激光功率、扫描速度、扫描间距 固化深度∝P/V ∝1/H P19
第2章 光固化快速成型工艺
2.4
精 度 及 效 率
3、后处理误差
去除支撑引起的变形误差 后固化引起的误差 表面处理产生的误差
第2章 光固化快速成型工艺
2.4
SLA的制作效率
扫描固化时间 + 辅助时间
影 响 因 素
精 度 及 效 率
第2章 光固化快速成型工艺
2.3
支撑结构
工 艺 过 程
第2章 光固化快速成型工艺
2.3
（3）模型的切片及数据准备
工 艺 过 程
利用分层软件选择参数，将模型分层，得到每一薄片 层的平面图形及其有关的网格矢量数据； 根据层片信息，生成其数控代码，用于控制激光束的 扫描轨迹。
第2章 光固化快速成型工艺
机器误差
树脂收缩变形
加工参数设置误差
第2章 光固化快速成型工艺
2.4
精 度 及 效 率
2、成型过程产生的误差
机器误差
●制样平台Z方向升降运动误差 Z方向的尺寸误差 ●激光束扫描的定位误差、扫描路径误差
匹配
堆积过程中的 层厚精度
第2章 光固化快速成型工艺
2.4
精 度 及 效 率
2、成型过程产生的误差
光固化的工艺流程和工艺特点
光固化的工艺流程和工艺特点下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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典型RP第章光固化快速成型SLA工艺
典型RP第章光固化快速成型SLA工艺快速成型技术（Rapid Prototyping Technology, RP）是指通过计算机辅助设计（CAD）系统对实体物体进行实时建模，并将模型信息传输至快速成型机，通过多种加工工艺制造出具有相应物理属性的实体模型，通常用于产品设计原型开发。
光固化快速成型技术（Stereolithography Apparatus, SLA）是快速成型技术中的一种，它首先通过计算机模型生成薄切片图像，然后将这些图像逐层投影到液化光敏树脂上，并利用紫外线光束再次照射树脂，使树脂分子之间发生化学反应，固化成具有形状和特定性质的固态物体。
SLA工艺是快速成型技术中的一种高精度加工工艺，能够制造出繁琐的空间精细构形，具有许多优越的特性，例如精度高、速度快、制造出的模型表面光滑、具有复杂的内部空腔结构等。
SLA工艺的基本流程SLA工艺的基本流程可以分为以下几个步骤：1.制作CAD模型：首先，需要利用计算机辅助设计（CAD）软件，制作出需要制造的实体模型。
2.制作STL文件：需要将CAD模型转化成为STL文件，STL文件实质上是将CAD模型切割成为不同的图层，在SLA加工时可以依次加工每个图层从而形成最终模型。
3.对STL文件进行切片处理：依据预设的SLA加工参数，将STL文件进行切片处理。
4.进行SLA加工：将切片后的图像逐层投影到液化光敏树脂上，并利用紫外线光束固化树脂，得到最终的实体模型。
需要注意的问题SLA工艺在加工时需要注意以下几个问题：1.液化光敏树脂的选择：树脂的选择对于模型的性能具有很大的影响，需要选择与实际需求相符合的树脂。
2.切片厚度的选择：切片厚度对于模型表面质量和制造时间都具有一定的影响，需要根据实际需求进行选择。
3.加工参数的设置：加工参数包括光敏树脂的固化时间、灯管功率、投影方式等，需要根据所使用的材料进行参数调整，以获取最佳的加工效果。
SLA工艺的应用SLA工艺在产品开发和生产领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1.原型制作：SLA工艺可以制造出高精度、具有内部空腔结构的实体模型，用于验证设计的可行性和准确性，可以大大缩短开发周期。
3D打印成形技术
感谢聆听
学习单元一
四、光固化快速成型技术的最新进展
当前SLA 技术的进展主要体现在以下几个方面： 1. 软件技术 随着越来越多的原型要在快速成型机上加工，RP 软件的性能在提高工作效 率、保证加工精度等方面变得越来越重要。因为虽然快速成型机的加工过程 是自动进行的，不需要人工干预，但RP 的数据处理却要由人来完成，特别 是由于目前通行的STL 文件总存在这样那样的问题。当操作员手中有大量的 原型要在短时间内加工出来时，数据处理就成了瓶颈，并且稍有疏漏，可能 导致一批零件的加工失败。
学习单元一
二、光固化快速成型的工作原理
将原型从树脂中取出后，进行最终固化，再经打光、电镀、喷漆或着色处 理即得到满足要求的产品。 具体的工作步骤如下： （1）将液态的光敏树脂材料注满打印池。 （2）打印平台升起，直到距离液体表面一个层厚的位置时停下。 （3）水平刮板沿固定方向移动，将液体表面刮成水平面。 （4）激光器生成激光束，通过透镜进行聚焦后照射在偏振镜上，此时偏振 镜根据切片截面路径自动产生偏移，这样光束就会持续地依照模型数据有选 择性地扫描在液面，由于树脂的光敏特性，被照射到的液态树脂逐渐固化。 （5）在固化完成后，打印平板自动降低一个固定的高度，水平刮板再次将 液面刮平，激光再次照射固化，如此反复，直至整个模型打印完成。
学习单元一
三ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ光固化快速成型的特点
光固化快速成型的优势在于成型速度快、原型精度高，非常适合制作 精度要求高、结构复杂的小尺寸工件。在使用光固化快速成型的工业 级3D 打印机领域，比较著名的是Object 公司。该公司为SLA 3D 打印 机提供100 种以上的感光材料，是目前支持材料最多的3D 打印设备。 同时，Object 系列打印机支持的最小层厚已达16 μm在所有3D 打印 技术中，SLA 打印成品具备最高的精度、最好的表面光洁度等优势。
光固化快速成型工艺过程分析及应用
291 40
4
0.1 2.5 1件格式进行检查和修复，并选择或优化成型
的方向，以便能方便准确地制造实物。这一过程还包括切片层厚
度的选择、建造模式、扫描速度、扫描方式、半径补偿等，分层参数
的选择对造型时间和模型质量影响很大[6]。
5.3 原型建造
域带来革命性的创新，使制造过程可脱离车间而在办公室内进
行。传统的模型制造技术主要有材料去除和材料添加两种方式。
材料去除法从整块的原材料开始，用工具去除不需要的部分，直
至得到所需的形状。而材料添加法则将材料由每个体积元堆积、
装配、粘结而得到模型[2-3]。作为一种全新的模型制作技术，光固化 原则上属于材料添加法，无需制模工艺就可快速制造立体模型。
6.2 SLA 在精密铸造中的应用
光固化快速成型的工艺步骤包括数据准备、模型分层、实体
SLA 工艺制成的立体树脂模可以代替蜡模进行结壳，型壳焙
建造和后续处理等环节。
烧时去除树脂膜，获得中空型壳，即可浇铸出高精度模型。表面光洁
机械设计与制造
第 10 期
238
Machinery Design ＆ Manufacture
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。（3）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。（4）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。
4 SLA 快速成型系统
光固化成型系统由光学装置、容器系统、光敏树脂、涂敷机 构和控制系统等重要部分组成，如图 2 所示。
5 SLA 工艺过程
图 3 在 SCPS350B 成型机上加工获得的非标准圆柱齿轮
产品创新设计与3D打印：光固化成型技术(二)
本节 知识点
1 光固化成型的工艺过程
四、 光固化快速原型的工艺过程
光固化快速原型的制作一般可以分为前处理、原型制作和后处理三个阶段。
1. 前处理
前处理阶段主要是对原型的CAD模型进行数据转换、摆放方位确定、施加支 撑和切片分层，实际上就是为原型的制作准备数据。下面以某一小扳手的制作来介 绍光固化原型制作的前处理过程。
灯照射的光固化方式和加热的热固化方式对制件进行固化处理。 要注意的是随着固化会产生内应力、温度上升将导致硬化，这些
因素会使制件发生变形或者出现裂纹。 （6）表面处理
如果零件的曲面上存在阶梯效应或者因STL格式的三角面片化而可 能造成的小缺陷；制件的薄壁和某些小特征结构的强度、刚度不足； 制件的某些形状尺寸精度不够；表面硬度不够，制件表面的颜色不符 合用户要求等都需要进行适当的后处理。对于制件表面有明显的小缺 陷而需要修补时，可用热熔塑料、乳胶以细料调和而成的腻子，或湿 石膏予以填补，然后用砂纸打磨、抛光和喷漆。打磨、抛光的常用工 具有各种粒度的砂纸、小型电动或气动打磨机以及喷砂打磨机。
（4）填料和助剂。 填料可以提高光敏树脂的性能，常用的填料有无机填料和高分子填料，
可提高力学性能和降低树脂的收缩率。但不可加入过多，否则会增加树脂的 粘度。
助剂包括光敏剂、流平剂、消泡剂、阻聚剂等。光敏剂的作用是增加光 引发剂对光的吸收作用，提高光的吸收效率；流平剂的作用是增加树脂的流 动性；消泡剂可以防止光敏树脂在加工过程中产生过多气泡影响加工质量的； 其中的阻聚剂特别重要，因为它可以保证液态树脂在容器中保持较长的存放 时间。
件较软时，可以将其连同升降台板一起取出进行固化处理后再行取出。 （2）未固化树脂排出
如果在制件内部残留有未固化的树脂，则残留的液态树脂会在二 次固化处理或成形件储存的过程中发生暗反应，使残留树脂固化收缩 引起成形件变形，因此从制件中排出残留树脂很重要。
SLA
数据转换
数据转换是对产品CAD模型的近似处理，主要是生成STL格式的数据文件。
STL数据处理实际上就是采用若干小三角形片来逼近模型的外表面，如图2-2b所示。 这一阶段需要注意的是STL文件生成的精度控制。目前，通用的CAD三维设计软件 系统都有STL数据的输出。
ξ2 快速成型制造工艺
模具工程技术研究中心 METRC
方法成型的原型，还需要进行后固化处理等，下面以某一SLA 原型为例给出其后续处理的步骤和过程。
ξ2 快速成型制造工艺
模具工程技术研究中心 METRC
1
原型叠层制作结束后，工作
台升出液面，停留5~10min，以 晾干多余的树脂。
将原型和工作台一起斜放晾干后 2 浸入丙酮、酒精等清洗液体中，搅动 并刷掉残留的气泡。持续45min左右 后放入水池中清洗工作台约5min。
读入前处理生成的层片数据文件。一般来说，叠层制作控制软件对成型工艺参数都
有缺省的设置，不需要每次在原型制作时都进行调整，只是在固化特殊的结构以及 激光能量有较大变化时需要进行相应的调整。此外，在模型制作之前，要注意调整 工作台网板的零位与树脂液面的位置关系，以确保支撑与工作台网板的稳固连接。 当一切准备就绪后，就可以启动叠层制作了。整个叠层的光固化过程都是在软件系 统的控制下自动完成的，所有叠层制作完毕后，系统自动停止。下图给出的是 SPS600光固化成型设备在进行光固化叠层制作时的界面。界面显示了激光能源的某
图2-4 STARWEAVETM光固化方式 特点：扫描时间较短 ，尺寸稳定性好。适用于聚合时收缩率 较高的丙烯酸树脂，也适用于环氧树脂材料。
ξ2 快速成型制造工艺
模具工程技术研究中心 METRC
（三）QuickCastTM 方法
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第二章 光固化快速成型工艺
1
2 3
光固化快速成型工艺的基本原理和特点
光固化快速成型材料及设备 光固化成型的工艺过程
4
5
光固化成型的精度及效率
微光固化快速成型制造技术
第二节 光固化快速成型材料及设备
快速成型材料及设备一直是快速成型技术研究与开发的核心，也是
快速成型技术重要组成部分。快速成型材料直接决定着快速成型技术制
可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型
制作的原型可以一定程度地替代塑料件
第一节 光固化快速成型工艺的基本原理和特点
缺点：Biblioteka 制件易变形成型过程中材料发生物理和化学变化 较脆，易断裂性能尚不如常用的工业塑料 设备运转及维护成本较高 液态树脂材料和激光器的价格较高 使用的材料较少 目前可用的材料主要为感光性的液态树脂材料 液态树脂有气味和毒性，并且需要避光保护，以防止提前发生聚 合反应，选择时有局限性 需要二次固化 经快速成型系统光固化后的原型树脂并未完全被激光固化。
间内迅速流平，这将会影响实体的精度。采用刮板刮切后，所需
数量的树脂便会被十分均匀地凃敷在上一叠层上，这样经过激光 固化后可以得到较好的精度，使产品表面更加光滑和平整。
图2-3 吸附式涂层结构 图2-2 光固化成型制造过程中残留的多余树脂
第一节 光固化快速成型工艺的基本原理和特点
2.2 光固化成型技术的特点
作的模型的性能及适用性，而快速成型制造设备可以说是相应的快速成 型技术方法以及相关材料等研究成果的集中体现，快速成型设备系统的
先进程度标志着快速成型技术发展的水平。
第二节 光固化快速成型材料及设备
2.2.1 光固化快速成型材料
1. 光固化材料优点及分类
光固化材料是一种既古老又崭新的材料，与一般固化材料比较，光固化材料 具有下列优点：
（1）固化快 可在几秒钟内固化，可应用于要求立刻固化的场合。 （2）不需要加热 这一点对于某些不能耐热的塑料、光学、电子零件来说十分有用。 （3）可配成无溶剂产品 使用溶剂会涉及到许多环境问题和审批手续问题，因此每个工业部门都力图减少使 用溶剂。 （4）节省能量。 各种光源的效率都高于烘箱。
（5）可使用单组分，无配置问题，使用周期长。
7）产品可以直接用于注塑模具。
第二节 光固化快速成型材料及设备
(3)混杂型光固化树脂 目前的趋势是使用混杂型光固化树脂。其优点主要有： 1）环状聚合物进行阳离子开环聚合时，体积收缩很小甚至产生膨 胀，而自由基体系总有明显的收缩。混杂型体系可以设计成无收缩的 聚合物。 2）当系统中有碱性杂质时，阳离子聚合的诱导期较长，而自由基 聚合的诱导期较短，混杂型体系可以提供诱导期短而聚合速度稳定的 聚合系统。
第二章 光固化快速成型工艺
1
2 3
光固化快速成型工艺的基本原理和特点
光固化快速成型材料及设备 光固化成型的工艺过程
4
5
光固化成型的精度及效率
微光固化快速成型制造技术
第一节 光固化快速成型工艺的基本原理和特点
2.1 光固化成型的基本原理
光固化成型工艺的成型过程如图2-1示。液 槽中盛满液态光敏树脂，氦－镉激光器或 氩离子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
优点：
成型过程自动化程度高 SLA系统非常稳定，加工开始后，成型过程可以完全自动化，直至原型制作
完成。
尺寸精度高 SLA原型的尺寸精度可以达到±0.1mm。 优良的表面质量 虽然在每层固化时侧面及曲面可能出现台阶，但上表面仍可得到玻璃状的效 果。
可以制作结构十分复杂的模型、尺寸比较精细的模型
快速成型与快速模具制造技术及其应用
机械工业出版社（第三版）
第二章
光固化快速成型工艺
第二章 光固化成型工艺
光固化快速成型工艺，也常被称为立体光刻成型，英文的名称为
StereoLithography，简称SL，也有时被简称为SLA（StereoLithography
Apparatus），该工艺是由Charles Hull于1984年获得美国专利，是最早发 展起来的快速成型技术。自从1988年3D Systems公司最早推出SLA商品化 快速成型机SLA -250以来，SLA已成为目前世界上研究最深入、技术最 成熟、应用最广泛的一种快速成型工艺方法。它以光敏树脂为原料，通 过计算机控制紫外激光使其凝固成型。这种方法能简捷、全自动地制造 出表面质量和尺寸精度较高、几何形状较复杂的原型。
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。
图2-1 光固化快速成型工艺原理
第一节 光固化快速成型工艺的基本原理和特点
因为树脂材料的高粘性，在每层固化之后，液面很难在短时
第二节 光固化快速成型材料及设备
(2)阳离子光固化树脂
主要成分为环氧化合物。用于光固化工艺的阳离子型齐聚物和活性稀释 剂通常为环氧树脂和乙烯基醚。环氧树脂是最常用的阳离子型齐聚物，其 优点如下：
1）固化收缩小，预聚物环氧树脂的固化收缩率为2%~3%，而自由基 光固化树脂的预聚物丙烯酸酯的固化收缩率为5%~7%。 2）产品精度高。 3）阳离子聚合物是活性聚合，在光熄灭后可继续引发聚合。 4）氧气对自由基聚合有阻聚作用，而对阳离子树脂则无影响。 5）粘度低。 6）生坯件强度高。
（6）可以实现自动化操作及固化，提高生产的自动化程度，从而提高生产效率和经济效益。
第二节 光固化快速成型材料及设备
用于光固化快速成型的材料为液态光固化树脂，或称液态光敏树脂。 光固化树脂材料中主要包括齐聚物、反应性稀释剂及光引发剂。根据光 引发剂的引发机理，光固化树脂可以分为三类： (1)自由基光固化树脂 主要有三类：第一类为环氧树脂丙烯酸酯，该类材料聚合快、原型 强度高但脆性大且易泛黄；第二类为聚酯丙烯酸酯，该类材料流平和固 化好，性能可调节；第三类材料为聚氨酯丙烯酸酯，该类材料生成的原 型柔顺性和耐磨性好，但聚合速度慢。稀释剂包括多官能度单体与单官 能度单体两类。此外，常规的添加剂还有阻聚剂、UV稳定剂、消泡剂、 流平剂、光敏剂、天然色素等。其中的阻聚剂特别重要，因为它可以保 证液态树脂在容器中保持较长的存放时间。