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浅谈SLA及其光敏材料 王增垚 SLA的研究发展 而SLA是最早商品化、市场占有量最大的快速成形技术。 快速成形技术(简称RPT)突破了传统的加工 模式,能自动、快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的原型或直接制 造零件(模具),有效地缩短了产品的研发周 期,是提高产品质量、缩减产品成本的有力工具。 到现在为止,RP已经出现了多种快速成形技术,其中较为成熟的有LOM(层叠法成型)、SLS(粉末烧结成型)、SIA(光固化成型)和FDM(熔积成型)等。 SLA专用材料为光敏树脂,光敏材料的不同特性决定SLA制件用于不同的领域。 本文将对SLA工艺方法以及光敏树脂作一些介绍。 SLA工艺方法 SLA(stereoLithographyApparatus)立体印刷成型,也称液态光敏树脂选择性固化,通常简称为光固化成型。 SLA技术是基于液态光敏树脂的光固化原理,这种树脂材料在一定波长和强度的紫外光(激光波长位于紫外波段,波长为325nm)的照射下能迅速发生交联反应而生成固化物。 SLA工作原理如图1。 树脂槽中盛满液态光敏树脂,激光束在扫描振镜作用下,能在液态表面上扫描,扫描的轨迹及光线的有无均由计算机控制,光点扫到的地方,液态树脂就固化。成型开始时,工作台在液面下一个确定的深度,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,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的优势与不足 SLA方法适合成形小件(由树脂槽空间大小决定),能直接得到塑料产品;表面粗糙度质量较好,并且由于紫外光光波可以得到很小的聚焦光斑,从而得到较高的尺寸精度,这种方法制作细、薄零件优势突出,同时,由于只有在激光扫到的地方才固化,未扫到的地方仍为液态树脂, 所以此种方法的材料利用率几乎达到百分之百;而且因为使用的为液体原材料,制作中空结构的制件有独到的优点, 由于茶壶为中空,且口部较小,利用SLA可以顺利将它制作出来,而用其他快速成形方法(如LOM)是难以实现的。 当然SLA成形方法也有一些缺点和不足,如成形中有物相变化,易产生翘曲变形;原材料有一定的污染;另外,SLA用激光器价格昂贵,运行费用高,所用材料若为国外树脂,则价格也较昂贵。 SLA成型件的应用 直接制作各种树脂功能件,用作结构验证和功能测试;制作精细零件;制造有透明效果的制件;制作出的原型件可快速翻制各种模具,如硅胶模、金属冷喷模、陶瓷模、电铸模、环氧树脂模、气化模等。 SLA材料—光敏树脂 SLA用材料一般都是液态光敏树脂，如光敏环氧树脂、光敏乙烯醚、光敏环氧丙烯酸脂、光敏丙烯树脂等。 光敏树脂由两大部分组成,即光引发剂和树脂(树脂由预聚物、稀释剂及少量助剂组成)。 光引发剂受到一定波长(3oonm一4oonm)的紫外光辐射时,吸收光能,由基态变为激发态,然后再生成活性自由基,引发预聚物和活性单体进行聚合固化反应;稀释剂主要是起稀释的作用,保证光敏树脂在室温下有足够的流动性,以便在制作下一层前流匀。 光引发剂和稀释剂的用量对光敏树脂的固化速度和固化质量有着重要的影响。在一定的范围内,增加光引发剂的用量可以适当加快固化速度,但若超出一定范围,继续增加,固化速度不是加快,反而是降低; 稀释剂用量对液面流平速度影响较大,用量大则液体粘度降低,流平性好,但过量时,各线性分子链间隔过大,彼此相遇发生交联的机会下降,势必会影响固化速度和质量。 SLA用光敏材料的性能要求 选用光敏树脂材料要求有以下性能特点:在一定频率的单色光的照射下迅速固化并具有较小的临界曝光和较大的固化穿透深度 固化收缩小,固化收缩导致零件产生变形、翘曲、开裂等,从而影响到成型零件的精度,低收缩性树脂有利于成型出高精度零件; 粘度低,成型中低粘度有利于树脂在己固化层上面流平;溶胀小,湿态成型件在液态树脂中的溶胀造成零件尺寸偏大;快速原型件要具有足够的强度和良好的表面光洁度,且成型时毒性较小等等。 SLA材料的研究现状 针对SLA成形技术的材料,国外的许多快速成型系统开发公司和使用单位都进行了大量的研究工作,现开发了多种性能的SLA用材料。这些材料相对比较成熟,且已经实现了商品化。 相比而言,我国在SLA材料的研究上还存在一定的差距, 但近几年,我国快速成型设备的研究开发单位也对Sl砂A材料进行了研究和开发,如清华大学、西安交通大学、上海交通大学等单位在研发SLA材料上都有一定的进展。 清华大学对引进的丙烯酸脂光敏树脂进行了改性,制出了环氧类树脂SL