光固化成型设备的发展与应用现状

时间：2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：3D Systems公司在继1988年推出第一台商品化设备SLA—250以来，又于1997年推出了SLA250HR、SLA3500、SLA5000三种机型，在光固化成型设备技术方面有了长足的进步。上海联泰科技有限公司开发的光固化成型设备主要有RS—350H、RS—350S、RS—600H和RS—600S等机型。图4-15为该公司开发的RS—600S光固化成型机。

光固化成型设备的发展与应用现状

20世纪70年代末到80年代初期，美国3M公司的Alan J.Hebert（1978年）、日本的小玉秀男（1980年）、美国UVP公司的Charles W.Hull（1982年）和日本的丸谷洋二（1983年），在不同的地点各自独立地提出了快速成型的概念，即利用连续层的选区固化产生三维实体的新思想。Charles W.Hull在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的，被称为SLA—1的完整系统。同年，Charles W.Hull和UVP的股东们一起建立了3D Systems公司，并于1988年首次推出SLA—250机型，如图4-6所示。

目前，研究光固化成型（SLA）设备的单位有美国的3D Systems公司、Aaroflex公司，德国的EOS公司、F&S公司，法国的Laser 3D公司，日本的SONY/D-MEC公司、Teijin Seiki公司、Denken Engieering公司、Meiko公司、Unipid公司、CMET公司，以色列的Cubital公司以及国内的西安交通大学、上海联泰科技有限公司、华中科技大学等。

在上述研究SLA设备的众多公司中，美国3D Systems公司的SLA技术在国际市场上占的比例最大。3D Systems公司在继1988年推出第一台商品化设备SLA—250以来，又于1997年推出了SLA250HR、SLA3500、SLA5000三种机型，在光固化成型设备技术方面有了长足的进步。其中，SLA3500和SLA5000使用半导体激励的固体激光器，扫描速度分别达到2.54m/s和5m/s，成层厚最小可达0.05mm。此外，还采用了一种称为Zephyer再涂层系统system的新技术。该技术是在每一成型层上，用一种真空吸附式刮板在该层上涂一层0.05～0.1mm的待固化树脂，使成型时间平均缩短了20%。SLA3500和SLA5000两种型号设备如图4-7和图4-8所示。该公司于1999年推出SLA7000机型，如图4-9所示。SLA7000与SLA5000机型相比，成型体积虽然大致相同，但其扫描速度却达到了9.52m/s，平均成型速度提高了4倍，成型层厚最小可达0.025mm，精度提高了1倍。3D Systems公司推出的较新的机型还有Vipersi2 SLA（见图4-10）及Viper Pro SLA系统。Viper Pro SLA系统装备了2000mW激光器，激光扫描最大速度可达25m/s，升降台的垂直精度为0.001mm，有三种规格的最大成型尺寸，分别为中等尺寸（Medium size）的650mm×350mm×300mm、大型尺寸（Large size）的650mm×750mm×550mm及超大尺寸（Extra large size）的1500mm×750mm×500mm。3D Systems公司Viper Pro SLA机型如图4-11所示。3D Systems公司最新推出的机型为iPro系列，其机型如图4-12所示。型号有iPro8000、iPro8000MP、iPro9000与iPro9000XL等，可更换不同尺寸的液槽以满足不同建造空间的需要。

图4-6 3D Systems公司的SLA—250机型

图4-7 3D Systems公司的SLA3500机型

图4-8 3D Systems公司的SLA5000机型

图4-9 3D Systems公司的SLA7000机型

图4-10 3D Systems公司的Vipersi2 SLA机型

图4-11 3D Systems公司Viper Pro SLA机型

图4-12 3D Systems公司新近推出的iPro机型

国内西安交通大学在光固化成型技术、设备、材料等方面进行了大量的研究工作，推出了自行研制与开发的SPS、LPS和CP三种机型。每种机型有不同的规格系列，其工作原理都是光固化成型原理。其中SPS600和LPS600成型机如图4-13和图4-14所示，该系列激光成型机主要性能指标与技术特征如下：

图4-13 西安交通大学的SPS600成型机

图4-14 西安交通大学LPS600成型机(www.xing528.com)

1）该成型机的激光器、扫描与光聚焦系统两关键部件从国外引进，扫描速度SPS最大可达7m/s、LPS可达2m/s，精度达±0.1mm；全范围扫描分辨率达3.6μm，整机控制精度达50μm，高于国外同类机器水平，保证了可靠性；扫描光斑直径0.2mm，SPS激光器寿命大于5000h，LPS激光器寿命大于2000h，与国外水平相同。

2）采用了快速排序分层法，大大加快分层速度，且具有对分层数据自动诊断和修复功能；采用矢量扫描路径优化方法，省去AOM，降低了成本。

3）采用国际上创新的YLSF成型工艺，大大减小了翘曲等变形误差，提高了原型件制作质量。该成型工艺优于美国3D Systems公司的工艺方法，其拐角误差采用自适应延时控制，减少了轮廓误差的影响。

4）零件成型精度达±0.1mm（<100mm）或0.1%（>100mm），与国际水平相同；样件测试尺寸合格率达到美国3D Systems公司SLA系列机器的水平，高于日本CMET公司Soup型机器的水平。

5）不同材料与结构，可调整回流量，从而改善涂层质量；可以采用不同公司、不同牌号的树脂，有良好的兼容性和开放性，优于美国3D Systems公司、日本CMET公司的同类产品。

6）零件模型管理和成型数据生成软件在Windows95下自主开发、整机自制，用户界面中文，具有优异的交互性和易学性；三维STL模型的检视、分层过程与编辑、支撑结构的设计全部实现了图视化操作；成型控制软件是在DOS下开发的，保证了满足控制的实时性要求。

上海联泰科技有限公司开发的光固化成型设备主要有RS—350H、RS—350S、RS—600H和RS—600S等机型。图4-15为该公司开发的RS—600S光固化成型机。

西安交通大学近期开发了一款基于SLA的面成型3D打印机，如图4-16所示。面成型技术是利用直接投影技术，每一层的图片由投影机投射到工作台照射树脂，使其逐层固化成型。该技术不是利用激光头去固化成型，取而代之的是使用成本极为便宜的LED灯照射。成型速度快，精度高，设备体积小，使用LED紫外灯作光源，加工方式简单可靠，在加工较小件时，更能体现其高精度的特点。