光固化立体造型工作原理：一种 3D 打印工艺

PT CAM 使用由 3D Systems 生产的光固化立体造型机。该机器有四个重要部件

光敏聚合物对紫外光敏感，因此当激光触及光敏聚合物时，聚合物会硬化。如果你站在光固化立体造型设备 (SLA) 旁边，你实际上可以看到激光在构建每一层。

SLA 材料

几种主要材料包括光敏聚合物和支撑结构，后者用于支撑悬伸特征，但不会通过后处理。次要和特殊材料包括高热变形和高温树脂，这两种树脂都能承受高热变形温度，以及适用于弯曲和挠曲的柔韧耐用树脂。

SLA 打印的核心是利用光发射设备精确引导激光束，以固化树脂罐中的聚合物树脂。SLA 打印过程大致如下：

这并不是一个特别快速的过程。根据创建对象的大小和数量，激光每层可能需要一到两分钟。一次典型的运行可能需要 6 到 12 小时。对于大型物体（上图所示的相对较旧的机器的最大尺寸是三维方向上 10 英寸或 25 厘米的物体），可能需要几天时间。

您首先在 CAD 程序中为您的对象创建 3D 设计。该设计在构建前会进行调整，包括添加支撑以使其略微抬离托盘，以及构建过程中所需的任何内部支撑。然后 SLA 会自动（且无人值守地）渲染对象。

当过程完成时，SLA 会升高平台，您就可以得到您的 3D 对象。如果物体很小，您可以同时生产多个。它们都并排放在托盘上。

下图显示了构建完成后、同时生产出几个相同物体的托盘：

运行完成后，您用溶剂冲洗对象，然后将它们在紫外线烤箱中“烘烤”，以彻底固化塑料。

使用 SLA 技术的优势

与注塑成型和熔融沉积成型等传统制造方法相比，SLA 技术具有多项优势。它能够生产表面光洁、特征精细、复杂度高的零件，而无需多种工具或模具。

光固化立体造型技术让您几乎可以创建任何您能想象到的 3D 形状。如果能将其导入 CAD 程序，您很可能就能创建它。唯一的注意事项是在构建过程中需要考虑结构完整性。在某些情况下，您需要为设计添加内部支撑，以防止其在打印或固化阶段坍塌。

本页上的照片向您展示了在 PT CAM 制作的一个典型物体。该部件重量轻，具有聚苯乙烯塑料的强度。由于您可以安装和钻孔，因此可以在实际使用中进行试用。

例如，椅子制造商将使用光固化立体造型技术生产不同扶手形状，并在实际椅子上试用，以了解其手感。

光固化立体造型并非廉价工艺。这些机器曾经售价超过 25 万美元，现在仍高达数万美元（但你可以找到便宜得多的桌面级 SLA 打印机）。此外，由于聚合物和溶剂会产生烟雾，还需要对其进行通风。

聚合物也非常昂贵。我们参观 PT CAM 时，CibaTool SL5170 树脂（一种光固化立体造型中常用的光敏聚合物）的价格约为每加仑 800 美元。因此，除大型公司外，很少能看到专业的立体光固化机。

然而，有一些服务机构可以为小型企业和个人提供光固化立体造型的优势。虽然仍然不便宜，但与购买自己的 SLA 和树脂或进行零件机加工相比，它确实非常划算。

特别感谢 Joel Leonard、Jerry Watkins 和 Steve Oneyear 在撰写本文时提供的帮助！

我们结合人工智能技术更新了本文，并确保其经过 十万个为什么 编辑的实地核查和编辑。