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SLA原理：

用特定波長與強(qiáng)度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由點到線,由線到面順序凝固,完成一個層面的繪圖作業(yè),然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度,再固化另一個層面.這樣層層疊加構(gòu)成一個三維實體。

SLA 的優(yōu)勢
1、光固化成型法是最早出現(xiàn)的快速原型制造工藝,成熟度高,經(jīng)過時間的檢驗；
2、由CAD數(shù)字模型直接制成原型,加工速度快,產(chǎn)品生產(chǎn)周期短,無需切削工具與模具；
3、可以加工結(jié)構(gòu)外形復(fù)雜或使用傳統(tǒng)手段難于成型的原型和模具；
4、使CAD數(shù)字模型直觀化,降低錯誤修復(fù)的成本；
5、為實驗提供試樣,可以對計算機(jī)仿真計算的結(jié)果進(jìn)行驗證與校核；
6、可聯(lián)機(jī)操作,可遠(yuǎn)程控制,利于生產(chǎn)的自動化。

SLA 的缺陷
1、 SLA系統(tǒng)造價高昂,使用和維護(hù)成本過高；
2、SLA系統(tǒng)是要對液體進(jìn)行操作的精密設(shè)備,對工作環(huán)境要求苛刻；
3、 成型件多為樹脂類,強(qiáng)度,剛度,耐熱性有限,不利于長時間保存；
4、預(yù)處理軟件與驅(qū)動軟件運(yùn)算量大,與加工效果關(guān)聯(lián)性太高；
5、軟件系統(tǒng)操作復(fù)雜,入門困難。

SLA 的發(fā)展趨勢與前景
立體光固化成型法的的發(fā)展趨勢是高速化，節(jié)能環(huán)保與微型化；
不斷提高的加工精度使之有最先可能在生物、醫(yī)藥、微電子等領(lǐng)域大有作為。

光固化成型的應(yīng)用
在當(dāng)前應(yīng)用較多的幾種快速成型工藝方法中，光固化成型由于具有成型過程自動化程度高、制作原型表面質(zhì)量好、尺寸精度高以及能夠?qū)崿F(xiàn)比較精細(xì)的尺寸成型等特點，使之得到最為廣泛的應(yīng)用。在概念設(shè)計的交流、單件小批量精密鑄造、產(chǎn)品模型、快速工模具及直接面向產(chǎn)品的模具等諸多方面廣泛應(yīng)用于航空、汽車、電器、消費品以及醫(yī)療等行業(yè)。

1、SLA 在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用
在航空航天領(lǐng)域，SLA 模型可直接用于風(fēng)洞試驗，進(jìn)行可制造性、可裝配性檢驗。航空航天零件往往是在有限空間內(nèi)運(yùn)行的復(fù)雜系統(tǒng)，在采用光固化成型技術(shù)以后，不但可以基于SLA 原型進(jìn)行裝配干涉檢查，還可以進(jìn)行可制造性討論評估，確定最佳的合理制造工藝。通過快速熔模鑄造、快速翻砂鑄造等輔助技術(shù)進(jìn)行特殊復(fù)雜零件（如渦輪、葉片、葉輪等）的單件、小批量生產(chǎn)，并進(jìn)行發(fā)動機(jī)等部件的試制和試驗。

航空領(lǐng)域中發(fā)動機(jī)上許多零件都是經(jīng)過精密鑄造來制造的，對于高精度的母模制作，傳統(tǒng)工藝成本極高且制作時間也很長。采用SLA 工藝，可以直接由CAD 數(shù)字模型制作熔模鑄造的母模，時間和成本可以得到顯著的降低。數(shù)小時之內(nèi)，就可以由CAD 數(shù)字模型得到成本較低、結(jié)構(gòu)又十分復(fù)雜的用于熔模鑄造的SLA 快速原型母模。

利用光固化成型技術(shù)可以制作出多種彈體外殼，裝上傳感器后便可直接進(jìn)行風(fēng)洞試驗。通過這樣的方法避免了制作復(fù)雜曲面模的成本和時間，從而可以更快地從多種設(shè)計方案中篩選出最優(yōu)的整流方案，在整個開發(fā)過程中大大縮短了驗證周期和開發(fā)成本。此外，利用光固化成型技術(shù)制作的導(dǎo)彈全尺寸模型，在模型表面表進(jìn)行相應(yīng)噴涂后，清晰展示了導(dǎo)彈外觀、結(jié)構(gòu)和戰(zhàn)斗原理，其展示和講解效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了單純的電腦圖紙模擬方式，可在未正式量產(chǎn)之前對其可制造性和可裝配性進(jìn)行檢驗。

2、SLA 在其他制造領(lǐng)域的應(yīng)用
光固化快速成型技術(shù)除了在航空航天領(lǐng)域有較為重要的應(yīng)用之外，在其他制造領(lǐng)域的應(yīng)用也非常重要且廣泛，如在汽車領(lǐng)域、模具制造、電器和鑄造領(lǐng)域等。下面就光固化快速成型技術(shù)在汽車領(lǐng)域和鑄造領(lǐng)域的應(yīng)用作簡要的介紹。

現(xiàn)代汽車生產(chǎn)的特點就是產(chǎn)品的多型號、短周期。為了滿足不同的生產(chǎn)需求，就需要不斷地改型。雖然現(xiàn)代計算機(jī)模擬技術(shù)不斷完善，可以完成各種動力、強(qiáng)度、剛度分析，但研究開發(fā)中仍需要做成實物以驗證其外觀形象、工裝可安裝性和可拆卸性。對于形狀、結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的零件，可以用光固化成型技術(shù)制作零件原型，以驗證設(shè)計人員的設(shè)計思想，并利用零件原型做功能性和裝配性檢驗。

光固化快速成型技術(shù)還可在發(fā)動機(jī)的試驗研究中用于流動分析。流動分析技術(shù)是用來在復(fù)雜零件內(nèi)確定液體或氣體的流動模式。將透明的模型安裝在一簡單的試驗臺上，中間循環(huán)某種液體，在液體內(nèi)加一些細(xì)小粒子或細(xì)氣泡，以顯示液體在流道內(nèi)的流動情況。該技術(shù)已成功地用于發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)（氣缸蓋、機(jī)體水箱）、進(jìn)排氣管等的研究。問題的關(guān)鍵是透明模型的制造，用傳統(tǒng)方法時間長、花費大且不精確，而用SLA技術(shù)結(jié)合CAD 造型僅僅需要4~5 周的時間，且花費只為之前的1/3，制作出的透明模型能完全符合機(jī)體水箱和氣缸蓋的CAD 數(shù)據(jù)要求，模型的表面質(zhì)量也能滿足要求。

光固化成型技術(shù)在汽車行業(yè)除了上述用途外，還可以與逆向工程技術(shù)、快速模具制造技術(shù)相結(jié)合，用于汽車車身設(shè)計、前后保險桿總成試制、內(nèi)飾門板等結(jié)構(gòu)樣件/ 功能樣件試制、賽車零件制作等。

在鑄造生產(chǎn)中，模板、芯盒、壓蠟型、壓鑄模等的制造往往是采用機(jī)加工方法，有時還需要鉗工進(jìn)行修整，費時耗資，而且精度不高。特別是對于一些形狀復(fù)雜的鑄件（例如飛機(jī)發(fā)動機(jī)的葉片、船用螺旋槳、汽車、拖拉機(jī)的缸體、缸蓋等），模具的制造更是一個巨大的難題。雖然一些大型企業(yè)的鑄造廠也備有一些數(shù)控機(jī)床、仿型銑等高級設(shè)備，但除了設(shè)備價格昂貴外，模具加工的周期也很長，而且由于沒有很好的軟件系統(tǒng)支持，機(jī)床的編程也很困難?？焖俪尚图夹g(shù)的出現(xiàn)，為鑄造的鑄模生產(chǎn)提供了速度更快、精度更高、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的保障。

光固化成型技術(shù)的研究進(jìn)展
光固化快速成型制造技術(shù)自問世以來在快速制造領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用，已成為工程界關(guān)注的焦點。光固化原型的制作精度和成型材料的性能成本，一直是該技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點。很多研究者通過對成型參數(shù)、成型方式、材料固化等方面分析各種影響成型精度的因素，提出了很多提高光固化原型的制作精度的方法，如掃描線重疊區(qū)域固化工藝、改進(jìn)的二次曝光法、研究開發(fā)用CAD 原始數(shù)據(jù)直接切片法、在制件加工之前對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化等，這些工藝方法都可以減小零件的變形、降低殘余應(yīng)力，提高原型的制作精度。此外，SLA 所用的材料為液態(tài)光敏樹脂，其性能的好壞直接影響到成型零件的強(qiáng)度、韌性等重要指標(biāo)，進(jìn)而影響到SLA 技術(shù)的應(yīng)用前景。所以近年來在提高成型材料的性能降低成本方面也做了很多的研究，提出了很多有效的工藝方法，如將改性后的納米SiO2 分散到自由基- 陽離子混雜型的光敏樹脂中，可以使光敏樹脂的臨界曝光量增大而投射深度變小，其成型件的耐熱性、硬度和彎曲強(qiáng)度有明顯的提高；又如在樹脂基中加入SiC 晶須，可以提高其韌性和可靠性；開發(fā)新型的可見光固化樹脂，這種新型樹脂使用可見光便可固化且固化速度快，對人體危害小，提高生產(chǎn)效率的同時大幅度地降低了成本。

光固化快速成型技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)比較成熟，各種新的成型工藝不斷涌現(xiàn)。下面從微光固化快速成型制造技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)兩方面展望SLA 技術(shù)。

1、微光固化快速成型制造技術(shù)
傳統(tǒng)的SLA 設(shè)備成型精度為±0.1mm，能夠較好地滿足一般的工程需求。但是在微電子和生物工程等領(lǐng)域，一般要求制件具有微米級或亞微米級的細(xì)微結(jié)構(gòu)，而傳統(tǒng)的SLA 工藝技術(shù)已無法滿足這一領(lǐng)域的需求。尤其在近年來，MEMS（MicroElectro-Mechanical Systems）和微電子領(lǐng)域的快速發(fā)展，使得微機(jī)械結(jié)構(gòu)的制造成為具有極大研究價值和經(jīng)濟(jì)價值的熱點。微光固化快速成型μ-SL（Micro Stereolithography）便是在傳統(tǒng)的SLA 技術(shù)方法基礎(chǔ)上，面向微機(jī)械結(jié)構(gòu)制造需求而提出的一種新型的快速成型技術(shù)。該技術(shù)早在20 世紀(jì)80 年代就已經(jīng)被提出，經(jīng)過將近20 多年的努力研究，已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用。提出并實現(xiàn)的μ-SL 技術(shù)主要包括基于單光子吸收效應(yīng)的μ-SL 技術(shù)和基于雙光子吸收效應(yīng)的μ-SL 技術(shù)，可將傳統(tǒng)的SLA 技術(shù)成型精度提高到亞微米級，開拓了快速成型技術(shù)在微機(jī)械制造方面的應(yīng)用。但是，絕大多數(shù)的μ-SL 制造技術(shù)成本相當(dāng)高，因此多數(shù)還處于試驗室階段，離實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)還有一定的距離。因而今后該領(lǐng)域的研究方向為：開發(fā)低成本生產(chǎn)技術(shù)，降低設(shè)備的成本；開發(fā)新型的樹脂材料；進(jìn)一步提高光成型技術(shù)的精度；建立μ-SL 數(shù)學(xué)模型和物理模型，為解決工程中的實際問題提供理論依據(jù)；實現(xiàn)μ-SL與其他領(lǐng)域的結(jié)合，例如生物工程領(lǐng)域等。

2、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
光固化快速成型技術(shù)為不能制作或難以用傳統(tǒng)方法制作的人體器官模型提供了一種新的方法，基于CT圖像的光固化成型技術(shù)是應(yīng)用于假體制作、復(fù)雜外科手術(shù)的規(guī)劃、口腔頜面修復(fù)的有效方法。在生命科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域出現(xiàn)的一門新的交叉學(xué)科——組織工程是光固化成型技術(shù)非常有前景的一個應(yīng)用領(lǐng)域?；赟LA技術(shù)可以制作具有生物活性的人工骨支架，該支架具有很好的機(jī)械性能和與細(xì)胞的生物相容性，且有利于成骨細(xì)胞的黏附和生長。如圖5 所示為用SLA 技術(shù)制作的組織工程支架，在該支架中植入老鼠的預(yù)成骨細(xì)胞，細(xì)胞的植入和黏附效果都很好。

誤差分析
光固化快速成型的誤差分析光固化快速成型技術(shù)的基本原理是將任意復(fù)雜的三維CAD模型轉(zhuǎn)化為一系列簡單的二維層片,逐層固化粘結(jié),從而獲得三維模型"按照成型機(jī)的成型工藝過程,將產(chǎn)生成型誤差。

前期數(shù)據(jù)處理誤差
由于成型機(jī)所接收的是模型的輪廓信息,所以加工前必須對其進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換"1987年,3DsystSnel公司對任意曲面CAD模型作小三角型平面近似,開發(fā)了TsL文件格式,并由此建立了從近似模型中進(jìn)行切片獲取截面輪廓信息的統(tǒng)一方法,延用至今[1]"多年以來,STL文件格式受到越來越多的CAD系統(tǒng)和設(shè)備的支持,其優(yōu)點是大大簡化了CAD模型的數(shù)據(jù)格式,是CAD系統(tǒng)與RP系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn),它便于在后續(xù)分層處理時獲取每一層片實體點的坐標(biāo)值,以便控制掃描鏡頭對材料進(jìn)行選擇性掃描"因此被工業(yè)界認(rèn)為是快速成型數(shù)據(jù)的準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn),幾乎所有類型的快速成型系統(tǒng)都采有STL數(shù)據(jù)格式,極大地推動了快速成型技術(shù)的發(fā)展"對三維模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,誤差主要產(chǎn)生于三維CAD模型的STL文件輸出和對此STL文件的分層處理兩個過程中"下面將分別論述STL格式文件轉(zhuǎn)換和分層處理對成型精度的影響"

幾文件格式轉(zhuǎn)換誤差
STL幾文件的數(shù)據(jù)格式是采用小三角形來近似逼近三維CAD模型的外表面,小三角形數(shù)量的多少直接影響著近似逼近的精度.顯然,精度要求越高,選取的三角形應(yīng)該越多"一般三維CAD系統(tǒng)在輸出STL格式文件時都要求輸入精度參數(shù),也就是用STL格式擬合原CAD模型的最大允許誤差"這種文件格式將CAD連續(xù)的表面離散為三角形面片的集合,當(dāng)實體模型表面均為平面時不會產(chǎn)生誤差,.但對于曲面而言,不管精度怎么高,也不能完全表達(dá)原表面,這種逼近誤差不可避免地存在"如制作一圓柱體,當(dāng)沿軸線方向成型時,如果逼近精度有限,則明顯地看到圓柱體變成了棱柱體。

解決方法：清除這種誤差的根本途徑是直接從CAD模型獲 取制造數(shù)據(jù),但是實用中尚未達(dá)到這一步"現(xiàn)有的辦法只能在對CAD模型進(jìn)行ST職洛式轉(zhuǎn)換時,通過恰當(dāng)?shù)剡x擇精度參數(shù)值減少這一誤差,這往往依賴于經(jīng)驗"。

分層處理對成型精度的影響
分層處理產(chǎn)生的誤差屬于原理誤差,分層處理以S幾文件格式為基礎(chǔ),先確定成型方向,通過一簇垂直于成型方向的平行平面與STL文件格式模型相截,所得到的截面與模型實體的交線再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理生成截面輪廓信息,平行平面之間的距離就是分層厚度"由于每一切片層之間存在距離,因此切片不僅破壞了模型表面的連續(xù)性,而且不可避免地丟失了兩切片層間的信息,這一處理造成分層方向的尺寸誤差和面型精度誤差"。

分層方向尺寸誤差分析
進(jìn)行分層處理時,確定分層厚度后,如果分層平面正好位于頂面或底面,則所得到的多邊形恰好是該平面處實際輪廓曲線的內(nèi)接多邊形;如果汾層平面與此兩平面不重合,即沿切層方向某一尺寸與分層厚度不能整除時,將會引起分層方向的尺寸誤差"

1)增加分層數(shù)量!減小分層厚度
為了獲得較高的面型精度,應(yīng)盡可能減小分層厚度,但是,分層數(shù)量的增加,使制造效率顯著降低"同時,層厚太小會給涂層處理帶來一定的困難"另外,自適應(yīng)性切片分層技術(shù)能夠較好的提高面型精度,是解決這一問題的較為有效途徑"

2)優(yōu)化成型制作方向
優(yōu)化成型制作方向,實質(zhì)上就是減小模型表面與成型方向的角度,也就是減小體積誤差"

成型加工誤差
機(jī)器誤差
機(jī)器誤差是成型機(jī)本身的誤差,它是影響制件精度的原始誤差"機(jī)器誤差在成型系統(tǒng)的設(shè)計及制造過程中就應(yīng)盡量減小,因為它是提高制件精度的硬件基礎(chǔ)"。
(l)工作臺Z方向運(yùn)動誤差
工作臺Z方向運(yùn)動誤差直接影響堆積過程中的層厚精度,最終導(dǎo)致Z方向的尺寸誤差;而工作臺在垂直面內(nèi)的運(yùn)動直線度誤差宏觀上產(chǎn)生制件的形狀!位置誤差,微觀上導(dǎo)致粗糙度增大"對于CPS350成型機(jī)來說,所采用的系統(tǒng)在500mm范圍內(nèi)的全程定位精度為0.03mm,雙向重復(fù)定位精度為0003mm。

(2)X.Y方向同步帶變形誤差
X.Y掃描系統(tǒng)采用X,Y二維運(yùn)動,由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動同步齒形帶并帶動掃描鏡頭運(yùn)動在定位時,由于同步帶的變形,會影響定位的精度,常用的方法是采用位置補(bǔ)償系數(shù)來減小其影響CPS35O成型機(jī)出廠后進(jìn)行位置補(bǔ)償,其重復(fù)定位精度可達(dá)到005mm。

(3)XY方向定位誤差
掃描過程中,X.Y掃描系統(tǒng)存在以下問題:
1)系統(tǒng)運(yùn)動慣性力的影響
對于采用步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)驅(qū)動系統(tǒng)而言,步進(jìn)電機(jī)本身和機(jī)械結(jié)構(gòu)都影響掃描系統(tǒng)的動態(tài)性能"-XY掃描系統(tǒng)在掃描換向階段,存在一定的慣性,使得掃描頭在零件邊緣部分超出設(shè)計尺寸的范圍,導(dǎo)致零件的尺寸有所增加"同時掃描頭在掃描時,始終處于反復(fù)加速減速的過程中,因此,在工件邊緣,掃描速度低于中間部分,光束對邊緣的照射時間要長一些,并且存在掃描方向的變換,掃描系統(tǒng)慣性力大,加減速過程慢,致使邊緣處樹脂固化程度較高"。

2)掃描機(jī)構(gòu)振動的影響
成型過程中,掃描機(jī)構(gòu)對零件的分層截面作往復(fù)填充掃描,掃描頭在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動下本身具有一個固有頻率,由于各種長度的掃描線都可能存在,所以在一定范圍內(nèi)的各種頻率都有可能發(fā)生,當(dāng)發(fā)生諧振時,振動增大,成形零件將產(chǎn)生較大的誤差"。

光固化成型誤差
(1)光斑直徑產(chǎn)生的誤差
這一固化成型特點,使所做出的零件實體部分實際上每側(cè)大了一個光斑半徑,零件的長度尺寸大了一個光斑直徑,使零件產(chǎn)生正偏差,雖然控制軟件中采用自適應(yīng)拐角延時算法,但由于光斑直徑的存在,必然在其拐角處形成圓角,導(dǎo)致形狀鈍化,降低了制件的形狀精度,而使得一些小尺寸制件無法加工"由上述分析可知,如果不采用光斑補(bǔ)償,將使制件產(chǎn)生正偏差"為了消除或減少正偏差,實際上采用光斑補(bǔ)償,使光斑掃描路徑向?qū)嶓w內(nèi)部縮進(jìn)一個光斑半徑"。

后處理產(chǎn)生的誤差
從成型機(jī)上取出已成型的工件后,需要進(jìn)行剝離支撐結(jié)構(gòu),有的還需要進(jìn)行后固化、修補(bǔ)、打磨、拋光和表面處理等,這些工序統(tǒng)稱為后處理"這類誤差可分為以下幾種:
(1)工件成型完成后,去除支撐時,可能表面質(zhì)量產(chǎn)生影響,所以支撐設(shè)計時要合理,不多不少,一般支撐間距為6nnn"支撐的設(shè)計與成型方向的選取有關(guān),在選取成型方向時,要綜合考慮添加支撐要少,并便于去除等"。

(2)由于溫度!濕度等環(huán)境狀況的變化,工件可能會繼續(xù)變形并導(dǎo)致誤差,并且由于成型工藝或工件本身結(jié)構(gòu)工藝性等方面的原因,成型后的工件內(nèi)總或多或少地存在殘余應(yīng)力,這種殘余應(yīng)力會由于時效的作用而全部或部分地消失,這也會導(dǎo)致誤差"設(shè)法減小成型過程中的殘余應(yīng)力有利于提高零件的成型精度"。

(3)制件的表面狀況和機(jī)械強(qiáng)度等方面還不能完全滿足最終產(chǎn)品的要求"例如制件表面不光滑,其曲面上存在因分層制造引起的小臺階、小缺陷,制件的薄壁和某些小特征結(jié)構(gòu)可能強(qiáng)度不足、尺寸不夠精確!表面硬度或色彩不夠滿意"采用修補(bǔ)、打磨、拋光是為了提高表面質(zhì)量,表面涂覆是為了改變制品表面顏色提高其強(qiáng)度和其它性能,但在此過程中若處理不當(dāng)都會影響原型的尺寸及形狀精度,產(chǎn)生后處理誤差"。

5.結(jié)論
如何控制光固化成形工藝的精度是眾多研究者和學(xué)者必須考慮的一個問題。盡管可以通過多種方法來提高制件的成形精度，比如直接對三維 CAD 模型進(jìn)行分層以避免 STL 文件轉(zhuǎn)換過程中造成的誤差和通過改進(jìn)激光掃描方式也可以減小制件的內(nèi)應(yīng)力和形變量來提高制件的精度等方法都可以實現(xiàn)對精度的控制。但是在整個成形工藝過程中，其工藝路線和工藝參數(shù)對制件的精度也存在著很大的影響，仍然需要進(jìn)一步的研究。另外，光固化快速成型工藝的加工成本、生產(chǎn)效率及制件性能也需要在整個成形過程中考慮的重要因素。