深圳手板廠業務之一：SLA 3D打印

SLA3D打印具有打印形狀寬、成型速度快、精度高的特點。其應用領域幾乎涵蓋了制造業領域的所有行業，在醫療、人體工程、文物保護等行業得到了廣泛應用。目前主要用于新產品開發的設計驗證和模擬樣件的試制，即從產品概念設計造型設計結構設計基本功能評價模擬樣件試制的開發過程。對于一些以塑料結構為主的產品，可以進行小批量試生產，或者進行一些物理功能測試、組裝驗證、實際外觀和效果檢驗，甚至可以先將小批量組裝的產品投放市場，達到拋石問路的目的。快速成型技術的主要應用如下：

汽車、摩托車 : 外形及內飾件的設計、改型、裝配試驗，發動機、汽缸頭試制。

家電 : 各種家電產品的外形與結構設計，裝配試驗與功能驗證，市場宣傳，模具制造。

通訊產品 : 產品外形與結構設計，裝配試驗，功能驗證，模具制造。

航空、航天 : 特殊零件的直接制造，葉輪、渦輪、葉片的試制，發動機的試制、裝配試驗。

輕工業 : 各種產品的設計、驗證、裝配，市場宣傳，玩具、鞋類模具的快速制造。

醫療 : 醫療器械的設計、試產、試用， CT 掃描信息的實物化，手術模擬，人體骨關節的配制。

國防 : 各種武器零部件的設計、裝配、試制，特殊零件的直接制作，遙感信息的模型制作。

精密鑄造：在由于光固化快速成形設備使用的液態樹脂是由碳、氫、氧等元素組成的高分子材料，在700℃以上的溫度下，可以完全燒蝕，沒有任何殘留物質，對于失蠟法制造精密鑄造模型來說，這是一個非常重要的性能。 目前在珠寶行業可代替人工雕蠟過程，可大大提高成型精度和效率。

SLA作為3D打印成型的一種方式，因其材料多樣化，價格便宜，已被大眾所接受，在眾多領域得到廣泛的應用。今天，我們將介紹SLA 3D打印技術的基本原理，一起來了解SLA打印的優缺點和局限性。

什么是SLA？

立體光刻(SLA)是一種增材制造工藝，屬于槽光固化家族。在SLA中，模型是通過使用紫外(UV)激光束選擇性地一層一層地固化聚合樹脂而成。SLA中使用的材料是液體光敏熱固性聚合物。

作為第一項3D打印技術，SLA成名很早，其發明者早在1986年就為這項技術申請了專利。如果模型需要高精度或光滑表面，SLA是最具性價比的3D打印技術。當充分了解制造過程的優缺點和局限性時，就能打印出最佳效果。

相關資料：SLA 3D打印技術的基本原理：優缺點和局限性

SLA與數字光處理技術(DLP)有許多共同點，DLP是另一種槽光固化打印技術。簡單來說，這兩種技術可以視為一種技術。

SLA的工作原理

成型平臺固定在液體樹脂槽中，距離液體表面一層的高度。

紫外激光通過選擇性地固化光聚合樹脂，一層層打印。激光束通過一組叫galvos的鏡子聚焦在設定的路徑上。對模型的整個橫截面進行掃描，使打印部分固化。

當一層打印完成后，成型平臺移動到一個安全的距離，刮刀給表面覆上新的一層。重復這個過程，直到模型打印完成。

打印完成后，模型處于柔軟、未完全固化的狀態。如果需要較高的機械性能和熱性能，就需要在紫外光下進行進一步的后處理。

液體樹脂通過一種稱為光聚合的過程固化：在固化過程中，組成液體樹脂的單體碳鏈被紫外激光作用，變成固體。光聚合的過程是不可逆的，SLA模型無法還原為液態：當加熱時，它們會燃燒而不是熔化。這是因為SLA生產的材料是由熱固性聚合物制成的，而不是FDM使用的熱熔性塑料。

打印機參數

在SLA系統中，大多數打印機參數由制造商固定，不能更改。唯一能自定義的是層高和模型方向(后者決定支撐位置)。

SLA中的層厚度在25到100微米之間。較薄的層厚度可以更精確地捕捉曲線幾何圖形，但會增加打印時間(和成本)以及打印失敗率。100微米的層厚適用于大多數常見軟件。

打印尺寸是另一個很重要的參數。打印尺寸取決于SLA機器的類型。有兩種主要的SLA機器類型：下沉式和上拉式。

下沉式SLA打印機將激光光源置于料槽上方，模型朝上。成型平臺從樹脂槽的頂部開始，每層成型后向下移動。

上拉式SLA打印機將光源置于樹脂槽下方，模型向下成型。料槽底部透明，帶有硅酮涂層，涂層讓激光通過，并讓固化樹脂不粘貼在槽底。在每一層成型后，固化的樹脂被從槽底分離出來，隨著成型平臺向上移動。這個步驟就是剝離。

上拉式主要用于桌面級打印機，而下沉式通常用于工業SLA系統。上拉式SLA打印機更容易生產和操作，但是它們的打印尺寸很受限，因為在剝離過程中的拉力可能會導致打印失敗。而下沉式打印機可以兼容非常大的打印尺寸，精度也不會有很大的偏差，但價格卻很貴。

支撐結構

SLA打印始終需要支撐結構。支撐結構采用與模型相同的材料打印，打印后必須手動拆除。模型方向決定了支撐的位置和數量。合理擺放模型方向，確保美觀度重要的展示面不會接觸到支撐結構。

上拉式和下沉式SLA打印機使用支撐的方式不同：

下沉式SLA打印中，支撐添加類似于FDM。懸空和跨橋需要精準打印(臨界懸空角度通常是30°)。模型可以朝任何方向擺放，但通常是都是平放，以盡量減少支持的數量和總層數。

上拉式SLA打印中，情況就要復雜得多。懸空和跨橋仍然需要支撐，但是最小化每一層的橫截面積至關重要：在剝離過程中施加到模型上的力可能會導致它與成型平臺分離。這些力與每層的橫截面積成正比。因此，模型需面向某一角度，相對而言減不減少支撐，就不是那么重要。

卷曲

通過SLA打印的模型，可能會有一個很大的問題就是卷曲。卷曲類似于FDM中的翹邊。

在固化過程中，當被打印機的光源照射，樹脂會輕微收縮。當收縮幅度較大時，新層與原凝固材料之間會產生較大的內應力，從而導致模型的卷曲。

固化

SLA打印的模型具有等方性的機械性能。這是因為單次紫外激光照射不足以完全固化液體樹脂。隨后激光再次照射，讓之前的固化層凝固到一個非常密集的程度。事實上：

在SLA中，即使打印完成后，固化仍在繼續。

為了獲得最佳的機械性能，SLA模型必須進行后固化，可以將其置于強光下的固化箱中(有時在高溫下)。這大大提高了SLA零件的硬度和耐溫性，但也使其更易碎。

例如，用SLA桌面級打印機打印的標準透明樹脂模型，在后固化后，抗拉強度幾乎增加了2倍(從38MPa到65MPa)，耐溫性也增加了(從42攝氏度到58攝氏度)，但斷裂延伸率也幾乎降低到之前的一半(12%到6.2%)。

把模型放在陽光下也會加速固化。但長時間暴露在紫外線下會對SLA模型的物理性能和外觀產生有害影響：可能會卷曲、變得非常脆弱并變色。因此，建議晾曬前噴涂一層透明紫外丙烯酸涂料。

常用的SLA材料

SLA材料為液體樹脂。每升樹脂的價格差別很大，便宜的有50美元左右的標準材料，貴的有400美元以上的特殊材料，如澆注料或牙科樹脂。工業系統材料選擇比桌面及SLA打印機更廣泛，這就能更好地控制模型的機械性能。

SLA材料(熱固性材料)比FDM或SLS(熱塑性塑料)材料更脆弱，因此SLA模型通常不能用來承受較大負載。當然未來材料的進步可能會改變這一點。

后處理

SLA模型可以通過各種后處理方法，如砂光、拋光、噴涂涂層和使用礦物油等，獲得非常高的品質。

透明樹脂外層后處理后的各種效果。從左至右：去除支撐，水磨，防紫外線噴涂，拋光

SLA的優勢和限制

SLA的主要優缺點概括如下:

SLA可以生產尺寸精度非常高、細節復雜的零件。

SLA模型表面光潔度高。

SLA能使用特殊的材料，如透明、柔韌、澆鑄樹脂等。

SLA部件通常很脆弱，不適合功能性應用。

當SLA模型暴露在陽光下時，其機械性能和外觀會隨著時間的推移而退化。

始終需要支撐，并且需要后處理來消除支撐留下的印記。