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光固化3D打印工作原理是怎样的?

来源:e键打印   发布时间:2020-12-30 16:42:14   浏览次数:

3D打印起源于19世纪末的美国,由美国研究的照相雕塑和地貌成型技术开创了的3D打印核心思想,1984年,查尔斯胡尔将光学技术转变为快速成型领域,并于1986年成立了世界上第一家生产3D打印设备的公司3D Systems,自此,美国开始涌现出多家3D打印公司。随后,日本、俄罗斯、英国等开始积极布局3D打印。


在众多国家的共同推动下,3D打印技术加快成熟,光固化3D打印就是其中十分重要的一种。光聚合成型类3D打印技术,是一种利用光敏树脂材料在光照下固化成型的3D打印技术的统称,其主要包括三种技术路线。


其一,是由美国3D Systems开发并最早实现商业化的光固化成型技术(SLA);其二,是由德国envision TEC公司基于数字光处理(DLP)投影仪技术的基础上开发DLP 3D打印技术;其三,是由以色列Objet公司(2012年与Stratasys合并)开发的聚合物喷射技术(PolyJet)。


2020年,中国科学院功能纳米结构设计与组装/福建省纳米材料重点实验室研究员吴立新课题组基于可逆共价键,合成了可水解的交联剂,在3D打印光敏树脂中添加这种交联剂能够提高打印分辨率,打印的模具可在热水中溶解,这一进展已获多方关注。


光固化3D打印技术已经非常常见,具有非常多的优点,比如精度高、速度快、表面质量好等,对于牙科等领域具有很好的应用。当然,3D打印也有不足之处。得到的零部件力学性能不稳定、当前可用的原材料种类仍然有限、标准产品的3D打印的规模效益不如传统的加工方式、在加工精度和表面粗糙度等方面与传统的精密加工技术相比存在差距等。也许随着技术、材料、工艺的不断进步,这些短板问题能够得到妥善解决。


光敏树脂3D打印


光固化3D打印技术原理为光谱中能量最高的紫外光产生的活化能,能够使不饱和聚酯树脂的C—C键断裂,产生自由基从而使树脂固化。当不饱和聚酯树脂中加入光敏剂后,用紫外线或可见光作能源引发,能使树脂很快发生交联反应。故SLA工艺的材料就是光敏树脂,需要装满整个材料槽,主要工作设备是激光器和振镜。


振镜通过计算机控制的偏振把激光器发出的紫外光照射到规定的材料槽液体表面上使其固化,事先模型被计算机均分成N个切片,每个切片可看作一个二维平面,固化完一个切片平面网板会带着模型下降到下一个切片平面,一次类推直至打印完成。


SLA光固化成型主要是以光敏树脂作为原材料。该材料一般为液态,是由光引发剂,单体聚合物与预聚体组成的混合物,可在特定波长紫外光(250 nm~400 nm)照射下立刻引起聚合反应,完成固化。


从应用角度来看,SLA光固化3D打印技术可以用于电子行业,制作电子产品外壳。有些模型用光敏树脂材料以0.05mm层厚打印而成,整个打印过程较顺利,仅用数十小时就可打印完成,而且成品打印精度高。后期再经过打磨抛光上色,整体效果会更加良好。


专家表示,随着我国物联网、云计算、人工智能、工业互联网、新材料以及先进制造的发展,3D打印产业将会在国产化方面取得迅速而明显的成果。为实现这一目标,业内人士还需立足现实,从新型材料研发、关键技术攻坚、前沿设备研制等方面入手,扎扎实实、孜孜不倦地去奋斗和创造。