淺論立體光刻工藝的研究進展

摘 要 光固化成型是一種增材制造快速成型技術。本文簡要介紹了光固化成型技術的原理，綜述了目前的研究現狀。

關鍵詞 光固化成型;材料;快速成型

光固化成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA）也被稱為立體光刻成型，屬于快速成型技術中的一種，簡稱為SLA，有時也稱為SL。光固化成型技術主要是使用光敏樹脂作為原材料，通過特定波長與強度的激光（紫外光）聚焦到光固化材料表面，使之由點到線、由線到面的順序凝固，從而完成一個層截面的繪制工作。然后在垂直方向上升降打印臺一個層厚單位的高度。接著再照射固化下一個層面。這樣循環完成固化、移動的過程，從而層層疊加完成一個三維實體的打印工作。

1技術原理

SLA的工作原理概述為：在計算機控制下，紫外激光部件按設計模型分層截面得到的數據，對液態光敏樹脂表面逐點掃描照射。使被照射區域的光敏樹脂薄層發生聚合反應而固化，從而形成一個薄層的固化打印操作。當完成一個截面的固化操作后，工作臺沿Z軸下降一個層厚的高度。由于液體的流動特性，打印材料會在原先固化好的樹脂表面自動再形成一層新的液態樹脂。因此照射部件便可以直接進行下一層的固化操作。新固化的層將牢固地結合在上一層固化好的部件上。循環重復照射、下沉的操作，直到整個部件被打印完成。但在打印完成后，還必須將原型從樹脂中取出再次進行固化后處理，通過強光、電鍍、噴漆或著色等處理得到需要的最終產品。

2技術發展情況分析

蔣三生[2]以國產光敏樹脂為打印材料，基于立體光刻 （SLA） 光固化技術制備實驗樣品，研究了激光功率、光斑直徑、切片厚度和填充掃描速度幾個 SLA 工藝參數對樣品的打印時間、密度、尺寸偏差、表面粗糙度和彎曲強度的影響。結果表明，基于 SLA 技術打印的實驗樣品，其密度和彎曲強度的大小主要由材質本身決定;打印時間與切片厚度幾乎成反比例函數關系;樣品尺寸偏差的絕對值隨著切片厚度的增加呈現先下降后上升的趨勢，表面粗糙度隨著切片厚度的增加而增大。

李東方[3]等介紹了傳統光固化成型技術在數據格式、光斑補償等精度方面的研究。對噴射固化成型技術 、面曝光光固化成型技術 、 光敏樹脂的研究進行了闡述 ，并介紹了最新的CLIP 技術。

李晶晶[4]等提出為了獲得性能優異的立體光固化成型 （SLA） 制件，以 SZUV–W8001P 型光敏樹脂為打印材料，基于 SLA光固化 3D 打印機制備了不同工藝參數下的標準拉伸、彎曲及沖擊試樣，探究了打印層厚、填充掃描速度、填充線距及后固化時間等工藝參數對 SLA 成型試樣力學性能的影響。

司馬建高[5]等論述了SLA 3D打印在熔模鑄造領域中的應用以及具體的工藝過程，重點研究了薄壁鑄件脹殼的問題，并結合實例提供了解決方案。

專利文獻CN 210415532 U提出一種基于并行機構的高精度SLA激光3D打印機。包括打印裝置、SLA激光裝置以及用于控制激光運動的基于Stewart平臺的控制裝置;該實用新型結構簡單、易于操作;激光頭裝在Stewart平臺上實現激光束的各種角度轉動掃描，使被掃描區的樹脂薄層產生光聚合反應后固化。

專利文獻CN 110757800 A提出一種工業SLA激光3D打印機，旨在提供一種自動化程度高、組裝方便和加工效率高的工業SLA激光3D打印機。其包括機架和設置于所述機架內的工作臺，所述工作臺上內嵌有料斗，所述工作臺上設置有Z軸機構，所述Z軸機構的正面設置有位于所述料斗上方的網板托盤升降機構，所述料斗的兩端之間設置有往返刮刀機構，所述機架的上端設置有激光組件，所述激光組件的激光正對著料斗，所述機架上還設置有懸臂操作箱。

3結束語

3D打印已經為傳統的加工方式帶來了變革，SLA作為其主流技術之一已獲得廣泛應用。光敏樹脂材料作為SLA加工的關鍵環節，對其不斷研發應用必定會為3D打印技術的更廣泛推廣提供助力。

參考文獻

[1] 李博等.3D打印技術[M].北京：中國輕工業出版社，2017：7-8.

[2] 蔣三生.基于SLA成型的光敏樹脂3D打印工藝及性能[J].工程塑料應用，2019，47（1）：76-81.

[3] 李東方.光固化快速成型技術的進展及應用[J].北京工業大學學報，2015，41（12）：1769-1774.

[4] 李晶晶.工藝參數對SLA成型制件力學性能的影響[J].工程塑料應用，2019，47（10）：75-79.

[5] 司馬建高.SLA3D打印技術在熔模鑄造中的應用[J].特種鑄造及有色合金，2018，38（4）：379-381.

作者簡介

馮淑瑩（1985-），女，廣東廣州人;職稱：審查員，助理研究員，現就職單位：國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心材料工程發明審查部，研究方向：材料成型加工。