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深入剖析3D Systems光固化(SLA)3D打印技术

发布时间: 2015-02-14 07:01 来源: 天工社 作者: 网络 点击: 我要评论 条评论)

光固化(SLA),不能算是新鲜事。有些物质加热之后会硬化,有些物质遇冷会硬化,以此类推,有些物质见了光会发生硬化,这个现象称作“光固化(SLA)”。

光固化物质制成的材料,称作“光敏树脂”(Photopolymer),它是由聚合物单体与预聚体组成,一般为液态,加有光引发剂(光敏剂),经过一定波长的UV光(例如,250-300nM波长)照射后,,引起聚合反应,完成固化(如图一)。

图片来源:wiki

光敏树脂,可用在半导体产业,例如当作光阻剂,也可用在印刷业,例如印刷门牌及标志。与各位最贴身的应用,或许是当牙医为你补牙的时候,先用光敏树脂当成填充物,然后用UV光照射充填物将其硬化,完成补牙的动作。

近几年,“3D打印”不定期的占据新闻版面,有人打印了车子(美国),有人打印房子(中国大陆),NASA还想要把3D打印机送上太空,好应付航天员的不时之需。这些深植人心的3D打印应用,大多属于FDM技术(FusedDepositionModeling)。可以把它想象成类似在蛋糕上用奶油挤出花纹的手法,只不过精密度高些。“FDM”属于3D打印里始祖级的商业化技术之一。

其实,另一个更早的始祖级商业化的技术,就是利用前面所述“光固化”的原理,因为没有那么平易近人,加上材料是液体,溼答答的,总是比较不容易处理。所以,除了因工作需要而使用过的人,一般人其实不清楚它的存在。

将“光固化”原理,运用到3D打印,并且将它商品化的代表人物,是图二里的

ChuckHull先生。他在1980年代,成立了总部位于美国南卡罗来纳州的3DSystems公司(图三)。3DSystems公司至今是3D打印界的龙头之一,当初该公司制定的“stl”格式,仍然是现今3D打印界广泛使用的模型档格式。光固化式的3D打印,是3DSystems公司的基础技术,现今,仍执该技术的牛耳,地位无人能及。

图片来源:3dsystems网站

图三

图片来源:3dsystems网站

“光固化”技术3D打印设备的概念,如图四所示,使用能量光源(例如,激光),并利用光敏树脂受光硬化的特性,产生物体的剖面层;3D打印便是想办法将每一个剖面层堆积并且黏合在一起,组成想要的成品。

图四、

林士强/绘制

这种概念具体化的成品如图五、图六所示,其中“26”代表能量光源,“30”表示成品,而绿色的部分是“光敏树脂”。工作台的上下与能量光源的配合由计算机控制。这一层层的剖面厚度,视精密度需求,约在0.05-0.10mm左右。

图五

图片来源:USPTO

图六、

图片来源:USPTO

以上的过程,看起来简单,其实快速制造一大堆厚度均匀的剖面,又要让他们黏在一起谈何容易。3DSystems公司花了不少工夫做这方面的研究。

(责任编辑:单刀)
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