理论教育 SLA技术现状与挑战:降低成本与应力变形问题分析

SLA技术现状与挑战:降低成本与应力变形问题分析

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:由此可见,如何降低SLA技术的售价、运行成本及材料成本等,是当前SLA技术急需解决的重要问题。目前大多数树脂从液态变成固态时易产生收缩,从而会引起SLA制件中部的残余应力的出现而发生变形。(三)数据处理与工艺原理研究方面三维CAD数据模型对SLA技术有着极其重要的影响,体现在整个快速制造过程都始于具体的三维CAD数据模型。

SLA技术现状与挑战:降低成本与应力变形问题分析

SLA方法一般适用于成型中、小型产品制件,能直接得到类似塑料的产品。目前,SLA的工艺状况主要有以下几方面内容:

(一)价格和使用费用方面

使用SLA技术最大的问题是研究和开发费用较高,这严重阻碍了该技术的广泛推广与应用。目前,国外一套SLA系统的价格为30万~80万美元,并且激光器的更换费用很高,氦-镉、氖离子激光器价格分别为2万~4万美元。此外,该系统的运行费用也较高,约70美元/h。目前,国产的同类成型机价格为100万元人民币左右,设备的运行费用也在200元/h以上。由此可见,如何降低SLA技术的售价、运行成本及材料成本等,是当前SLA技术急需解决的重要问题。

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图2-18 西安交通大学SLA面成型3D打印机

针对SLA设备及激光器的更换费用较高等问题,西安交通大学近期开发了基于SLA面成型3D打印设备,如图2-18所示。其原理是借助直接投影技术,由投影机将每一层图片直接照射投影在工作台面的树脂材料上,并使其逐层固化成型。此项技术的突破点在于不是利用价格非常昂贵的、需定期更换的激光头去固化成型,而是采用成本相当低廉的LED灯直接照射成型,并且加工方式简单可靠,在加工小型制件时,更能体现其高精度、低价格的优点。(www.daowen.com)

(二)材料方面

目前,液态光敏聚合物固化后的性能尚不如常用的工业塑料,呈现出较脆、易断裂以及不便进行切削加工等特性,且工作温度通常不能超过100℃。有时SLA制件还会被湿气侵蚀,导致工件的膨胀,其抗化学腐蚀的能力也有限。

在液态光敏聚合物的固化过程中会产生刺激性气体及污染物,因此在机器运作时,成型腔室应密闭。光敏树脂种类和性能的多样化也是当前需要研究的课题。目前大多数树脂从液态变成固态时易产生收缩,从而会引起SLA制件中部的残余应力的出现而发生变形。因此,今后SLA技术的研究方向应该是研制出价格低廉、收缩率小且无污染的光敏树脂材料,并且在固化后具有所需的力学性能、导电性、耐蚀性和颜色及一定的柔性。

(三)数据处理与工艺原理研究方面

三维CAD数据模型对SLA技术有着极其重要的影响,体现在整个快速制造过程都始于具体的三维CAD数据模型。因此,如何进一步完善CAD系统的造型功能、精确地表现出三维数据模型是提高成型件制造精度的有效途径。SLA技术所接受的原型描述文件为STL文件,它是由许多小三角形面片近似地表示三维CAD模型表面,这种处理必然会造成部分数据的丢失,因此应研究CAD模型的直接分层以及STL模型分层的各种优化方法,以便得到更为精确的所需模型的截面轮廓。此外,还需针对截面轮廓的填充扫描方式进行进一步的研究,并且应合理、准确、有效地设计支撑结构,以提高原型制件的成型精度。

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