光固化是激光吗?传统型光固化成型工艺原理?

2023-12-15
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传统型光固化成型工艺原理?

光固化成型"Stereo lithography Apparatus"的缩写,即立体光固化成型装置。

原理: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。

光固化成型发明人是谁?

在3D打印发展史上,具有里程碑意义的技术发明,是由Chuck Hull在1983年发明的光固化成型技术,他也被称之为“3D打印之父”。

查尔斯·胡尔(Charles W. Hull,也有人称他为Chuck Hull)于1939年5月12日出生于科罗拉多州的克里夫顿市,他毕业于科罗拉多州的大章克申中心高中学校,于1961年从科罗拉多大学获得工程物理学博士。

1983年,Chuck Hull在紫外线设备生产商UVP公司(Ultraviolet Products)担任副总裁,这家公司利用紫外光来硬化家具和纸制品表面的涂层。胡尔每天在公司里拨弄着各种各样的紫外线灯,看着那些原本是液态的树脂一碰到紫外线就凝固的过程。某一天他突然意识到,如果能够让紫外线一层一层地扫在光敏聚合物的表面上,使其一层一层地变成固体,将这成百上千的薄层叠加在一起,他就能够制造任何可以想象的三维物体

1984年7月16号,三名法国人,Alain Le Méhauté,Olivier de Witte和Jean Claude André抢先尝试注册SLA的专利,然而遭到了法国通用电气公司和CILAS(激光联合会)的拒绝,理由是“缺乏商业应用价值”。三周后,以Chuck Hull为发明人,UVP公司申请了世界上第一件SLA专利。

1986年3月11日,Chuck Hull获得专利授权,专利号为US4575330A。他在题为“Apparatus for Production of Three-Dimensional Objects by Stereolithography”的专利里面发明了术语“stereolithography”,简称SLA,也就是后来的立体光固化技术——即利用紫外线催化光敏树脂,层层堆叠然后成型在美国,发明者的专利最终是属于公司的,但是Chuck Hull的老板没有更多的能力来支持开发这门新技术。于是,Chuck Hull从UVP公司离开,开始自立门户,于1986年在加利福尼亚州成立了3D Systems公司(现今全球最大的两家3D打印设备生产商之一),致力于将SLA技术商业3D Systems公司由Chuck Hull共同创建,成为世界首家3D打印公司。

1988年,3D Systems公司生产出了第一台其自主研发的SLA 3D打印机,体型非常庞大,用的材料是光学照相用的丙烯酸树脂。它的面世成为了3D打印技术发展史上的一个里程碑事件,其设计思想和风格几乎影响了后续所有的3D打印设备。但受限于当时的工艺条件,其体型十分庞大,有效打印空间却非常狭窄。

1990年,3D Systems从UVP公司购回了US4575330A专利。Chuck Hull意识到他的技术概念不仅仅限于液体,在重新提交的专利中,特别强调了任何“能够固化的材料”或“能够改变其物理状态的材料”都可以实现SLA技术。1988年,3D Systems卖出了第一台基于SLA技术的3D打印机,此后的几十年中推出了各种型号的3D打印机,包括适合办公室和家用的桌面级以及适合工厂应用的工业机。公司注册地为美国特拉华州,于20世纪90年代初期在美国纳斯达克上市,2011年公司转板至纽交所。

经过几十年的发展,3D Systems拥有近千项专利。在Chuck Hull注册的所有专利中,涵盖了当今3D打印技术诸多基本的技术方法,例如利用三角模型(STL文件格式)进行切片数据准备,以及交替曝光策略等。如今3D Systems公司发明的3D打印机已经进入无数的工业和商业用途,医疗行业利用3D Systems打印设备制造的患者下颌骨或面部结构模型,汽车安全公司用3D Systems的技术生产碰撞试假机器人,手表行业用3D Systems技术进行原型评估和人体工程学设计。各行各业都在享受着3D打印技术为世界带来的改变。

光固化方法?

以光敏树脂为原料,计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹逐点扫描,使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应,从而形成零件的一个薄层截面。

光固化成型的加工材料?

光固化快速成型(SLA),也称为立体光固化成型,是一种快速成型技术,可用于3D打印领域。光固化快速成型主要是以光敏树脂为材料,利用特定波长的光,一般是紫外激光,照射材料表面,使之由点到线、由线到面顺序固化,完成一个层面后,在上方再固化下一个层面,层层叠加实现三维实体打印。

光固化3d打印机原理与组装?

光固化式3d打印机基于光固化成型原理,不同于fdm机器使用线材,光固化3d打印机耗材是光敏树脂,成型精度高,表面效果好,比pla材质的模型表面更加光滑。根据所采用光源的不同,可以细分为sla和dlp两种光固化机器。

首先来说下sla,它采用的是激光照射光敏树脂的方式,类似于fdm,成型过程都是走轨迹。激光头依照模型切片生成的g代码,从点到面再到线,顺序扫描每一层模型切面。被激光照射到的光敏树脂迅速固化。为了实现高速扫描,激光经激光器产生经过xy两个垂直方向的振镜依次反射,再照射到树脂表面。类似机器有form1+,成型精度高,大部分的高精度工业级光固化机器都是采用sla。

另一种dlp式光固化3d打印机速度就要快得多了,因为它的光源是来自投影仪或者led屏。每次将一个模型的切面通过白光照射到树脂,未成型的部分是黑色,利用这种方式每次成型一个面,速度优势明显,但是精度要略低于sla。它的打印时间只取决于索要打印模型的高度,而与模型数量以及体积无关。采用这种方式可实现小批量快速生产。

dlp式3d打印机又分为上投式和下投式,下投式即投影仪在下方,树脂槽底部透明,内侧覆盖离型膜或者硅胶,以避免模型固化在槽上,每次成型平台上抬一个层厚的距离。不过为了能够充分离型以及底部补充树脂,一般采用先升再降的方式,即如果以0.1mm层厚打印,先抬高5mm,再下降4.9mm。采用下投式离型膜及硅胶多次使用后容易损坏,因此也属于耗材,b9就属于这类机器。上投式的优点是没有离型的问题,每次成型面均在液面,成型后模型浸在树脂内。lumipocket但是这种方式也会有问题,树脂表面张力会影响成型层层厚及成型效果,因此工业级的dlp会多一个刮板装置。每次成型平台下降时,刮板都会将液面刮平,以减小树脂表面张力的影响。

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