SLA3D打印技術(shù)作為3D打印成型的一種方式，因其材料多樣化，價(jià)格便宜，已被大眾所接受，在眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。今天，我們將介紹SLA 3D打印技術(shù)的基本原理，一起來(lái)了解SLA打印的優(yōu)缺點(diǎn)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(guò)使用紫外(UV)激光束選擇性地一層一層地固化聚合樹(shù)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(xiàng)3D打印技術(shù)，SLA成名很早，其發(fā)明者早在1986年就為這項(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)了專(zhuān)利。如果模型需要高精度或光滑表面，SLA是最具性?xún)r(jià)比的3D打印技術(shù)。當(dāng)充分了解制造過(guò)程的優(yōu)缺點(diǎn)和局限性時(shí)，就能打印出最佳效果。

　　SLA與數(shù)字光處理技術(shù)(DLP)有許多共同點(diǎn)，DLP是另一種槽光固化打印技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這兩種技術(shù)可以視為一種技術(shù)。

　　SLA的工作原理

　　成型平臺(tái)固定在液體樹(shù)脂槽中，距離液體表面一層的高度。

　　紫外激光通過(guò)選擇性地固化光聚合樹(shù)脂，一層層打印。激光束通過(guò)一組叫g(shù)alvos的鏡子聚焦在設(shè)定的路徑上。對(duì)模型的整個(gè)橫截面進(jìn)行掃描，使打印部分固化。

　　當(dāng)一層打印完成后，成型平臺(tái)移動(dòng)到一個(gè)安全的距離，刮刀給表面覆上新的一層。重復(fù)這個(gè)過(guò)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(tài)。如果需要較高的機(jī)械性能和熱性能，就需要在紫外光下進(jìn)行進(jìn)一步的后處理。

　　液體樹(shù)脂通過(guò)一種稱(chēng)為光聚合的過(guò)程固化：在固化過(guò)程中，組成液體樹(shù)脂的單體碳鏈被紫外激光作用，變成固體。光聚合的過(guò)程是不可逆的，SLA模型無(wú)法還原為液態(tài)：當(dāng)加熱時(shí)，它們會(huì)燃燒而不是熔化。這是因?yàn)镾LA生產(chǎn)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(jī)參數(shù)

　　在SLA系統(tǒng)中，大多數(shù)打印機(jī)參數(shù)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(huì)增加打印時(shí)間(和成本)以及打印失敗率。100微米的層厚適用于大多數(shù)常見(jiàn)軟件。

　　打印尺寸是另一個(gè)很重要的參數(shù)。打印尺寸取決于SLA機(jī)器的類(lèi)型。有兩種主要的SLA機(jī)器類(lèi)型：下沉式和上拉式。

　　下沉式SLA打印機(jī)將激光光源置于料槽上方，模型朝上。成型平臺(tái)從樹(shù)脂槽的頂部開(kāi)始，每層成型后向下移動(dòng)。

　　上拉式SLA打印機(jī)將光源置于樹(shù)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(guò)，并讓固化樹(shù)脂不粘貼在槽底。在每一層成型后，固化的樹(shù)脂被從槽底分離出來(lái)，隨著成型平臺(tái)向上移動(dòng)。這個(gè)步驟就是剝離。

　　上拉式主要用于桌面級(jí)打印機(jī)，而下沉式通常用于工業(yè)SLA系統(tǒng)。上拉式SLA打印機(jī)更容易生產(chǎn)和操作，但是它們的打印尺寸很受限，因?yàn)樵趧冸x過(guò)程中的拉力可能會(huì)導(dǎo)致打印失敗。而下沉式打印機(jī)可以兼容非常大的打印尺寸，精度也不會(huì)有很大的偏差，但價(jià)格卻很貴。

　　下表總結(jié)了這兩種方式的主要特點(diǎn)和區(qū)別：

　　支撐結(jié)構(gòu)

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

　　上拉式和下沉式SLA打印機(jī)使用支撐的方式不同：

　　下沉式SLA打印中，支撐添加類(lèi)似于FDM。懸空和跨橋需要精準(zhǔn)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(shù)量和總層數(shù)。

　　上拉式SLA打印中，情況就要復(fù)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(guān)重要：在剝離過(guò)程中施加到模型上的力可能會(huì)導(dǎo)致它與成型平臺(tái)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(duì)而言減不減少支撐，就不是那么重要。

　　左, 下沉式SLA打印機(jī)模型擺放方向(減少支撐)

　　右，上拉式SLA打印機(jī)模型擺放(減小橫截面積)

　　卷曲

　　通過(guò)SLA打印的模型，可能會(huì)有一個(gè)很大的問(wèn)題就是卷曲。卷曲類(lèi)似于FDM中的翹邊。

　　在固化過(guò)程中，當(dāng)被打印機(jī)的光源照射，樹(shù)脂會(huì)輕微收縮。當(dāng)收縮幅度較大時(shí)，新層與原凝固材料之間會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，從而導(dǎo)致模型的卷曲。

　　固化

　　SLA打印的模型具有等方性的機(jī)械性能。這是因?yàn)閱未巫贤饧す庹丈洳蛔阋酝耆�固化液體樹(shù)脂。隨后激光再次照射，讓之前的固化層凝固到一個(gè)非常密集的程度。事實(shí)上：

　　在SLA中，即使打印完成后，固化仍在繼續(xù)。

　　為了獲得最佳的機(jī)械性能，SLA模型必須進(jìn)行后固化，可以將其置于強(qiáng)光下的固化箱中(有時(shí)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(jí)打印機(jī)打印的標(biāo)準(zhǔn)透明樹(shù)脂模型，在后固化后，抗拉強(qiáng)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(yáng)光下也會(huì)加速固化。但長(zhǎng)時(shí)間暴露在紫外線下會(huì)對(duì)SLA模型的物理性能和外觀產(chǎn)生有害影響：可能會(huì)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(shù)脂。每升樹(shù)脂的價(jià)格差別很大，便宜的有50美元左右的標(biāo)準(zhǔn)材料，貴的有400美元以上的特殊材料，如澆注料或牙科樹(shù)脂。工業(yè)系統(tǒng)材料選擇比桌面及SLA打印機(jī)更廣泛，這就能更好地控制模型的機(jī)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(lái)承受較大負(fù)載。當(dāng)然未來(lái)材料的進(jìn)步可能會(huì)改變這一點(diǎn)。

　　下表總結(jié)了常用樹(shù)脂的優(yōu)缺點(diǎn)：

　　后處理

　　SLA模型可以通過(guò)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(zhì)。

　　透明樹(shù)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(yōu)勢(shì)和限制

　　SLA的主要優(yōu)缺點(diǎn)概括如下:

　　SLA可以生產(chǎn)尺寸精度非常高、細(xì)節(jié)復(fù)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(shù)脂等。

　　SLA部件通常很脆弱，不適合功能性應(yīng)用。

　　當(dāng)SLA模型暴露在陽(yáng)光下時(shí)，其機(jī)械性能和外觀會(huì)隨著時(shí)間的推移而退化。

　　始終需要支撐，并且需要后處理來(lái)消除支撐留下的印記。

　　SLA的主要特點(diǎn)總結(jié)如下表：

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