摘要： 光固化快速成形技術是在計算機上利用CAD軟件對零件進行幾何建模，再用分層離散軟件將模型分層，然后再將分層離散后的參數(shù)輸入到數(shù)控成形系統(tǒng)中，最后運用運動軌跡受控的激光束照射光敏材料的方法，將材料固化成形，形成實體零件的原型制造方法。光固化快速成形技術是目前制造技術中研究最深入、技術最成熟、應用最廣泛的快速原形制造方法，它具有產(chǎn)品的制造思想新穎、模型靈活多變、制造速度快捷的特點，成為現(xiàn)代制造行業(yè)的一項支柱產(chǎn)業(yè)。特別是對于一些形狀復雜的鑄件的模具生產(chǎn)提供了安全可靠的保障。文中對光固化快速成形技術的工作原理、特點及其在模具制造中的應用進行了論述。

　　關鍵詞 光固化成形技術 工作原理 模具制造 應用

　　《模具工業(yè)》是國內(nèi)第一本專業(yè)的模具期刊，是1975年創(chuàng)刊的，經(jīng)過30多年的發(fā)展，《模具工業(yè)》積累了豐富的行業(yè)知識，掌握了行業(yè)內(nèi)，包括企業(yè)、模具專家、模具標準化。

　　一、問題的提出

　　面對激烈的市場競爭，制造技術的柔性化和新產(chǎn)品上市速度已成為目前眾多企業(yè)的競爭焦點。光固化快速成型(stereo lithography apparatus ， SLA ) 技術也稱光造型、立體光刻、及立體印刷，該技術是由美國的查爾斯·W· 赫爾于1982年提出，1984年獲得美國專利，1986年由美國3DSystemsgs公司生產(chǎn)出第一臺激光快速成形機SLA—250，是最早發(fā)展起來的快速原形制造技術。[1] 它集現(xiàn)代(CAD/ CAM)、激光技術和新型材料技術于一體，突破了傳統(tǒng)加工技術，能快速、低成本地加工出所設計的實物原型，極大地縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，在模具制造、家電、生物工程、醫(yī)療等領域內(nèi)具有廣泛的用途。

　　二、光固化快速成形技術的工作原理及工藝流程

　　光固化快速成形技術是最早出現(xiàn)的原形制造技術之一，是目前制造技術中研究最深入、技術最成熟、應用最廣泛的快速原形制造方法。[2]光固化快速成形技術是首先在計算機上利用CAD軟件對零件進行幾何建模，其次再用分層離散軟件將模型分層，然后再將分層離散后的參數(shù)輸入到數(shù)控成形系統(tǒng)中，最后運用運動軌跡受控的激光束照射光敏材料的方法，將材料固化成形，形成實體零件的原型制造方法。

　　(一)工作原理

　　光固化快速成形的工作原理是利用液態(tài)光敏樹脂的光聚合反應而成形的。[3]這種液態(tài)光敏樹脂在受到一定強度(ω= 30mW )和波長(λ=325 nm或λ=355 nm )的紫外光照射時，材料能夠迅速發(fā)生光聚合反應，從液態(tài)轉變成固態(tài)。因此，只要通過計算機控制紫外光的照射軌跡，就能夠使材料固化成所需要的形狀。

　　(二)工藝流程

　　光固化快速成形的工藝流程如圖所示： 首先是將液態(tài)光固化樹脂(如環(huán)氧樹脂、乙酸樹脂、或丙烯樹脂等)加入液池中至規(guī)定高度;然后由計算機控制的激光束在偏光鏡作用下聚焦成為光斑(液面高度始終控制在激光的焦平面上)，光斑由計算機的控制下在液面上逐點掃描，凡是光點掃描到的部位，液體迅速固化，沒有掃描到的地方始終處于液態(tài);掃描完一層成后，將工作臺的高度下降一層，這時液態(tài)的樹脂又布滿在已成形的層面上，用刮平器將黏度較大的樹脂刮去，然后再進行新一層的掃描，這樣新固化的一層樹脂就牢牢地粘在了前一層上，如此往復運行直到形成整個零件。然后將工作臺上升到容器上部，排除剩余的液態(tài)樹脂，取出工件，用溶劑清洗已經(jīng)成形的工件，并將工件放入到固化裝置中，進行紫外線曝光固化處理，固化時間要根據(jù)樹脂的特性、零件的尺寸及幾何形狀而定，一般零件的固化時間在30分鐘以上，等工件完全固化后從工作臺上取下工件 ，拆去支撐結構，進行表面處理即完成了整個零件的制造。

　　三、光固化快速成形的特點，

　　(一)優(yōu)點

　　1.自動化程度高，整個制造過程由計算機操控，完全可實行無人守候;

　　2.成形精度高，尺寸精度可以達到0 . 1 mm左右;

　　3.成型空間大，可制造600mm × 600mm× 600mm以內(nèi)的零件;

　　4.成形的零件表面光滑，強度和硬度較高;

　　5.由CAD造型，能為復雜的工件建模，還可以加工內(nèi)外結構復雜的薄壁類零件(最小厚厚可達到0 . 5 mm)，這是傳統(tǒng)的制造技術無法完成的;

　　6.加工速度快，可以達到8m/s;

　　7.可以進行模具制造，特別是內(nèi)部結構復雜的空心零件，能輕松地一次成型;

　　8.池內(nèi)的材料利用率高，可以隨時補充，沒有浪費。

　　(二)不足

　　因為光固化快速成形技術是一項新技術，還處于不斷改進和發(fā)展中，所以存在以下不足：

　　1.設備價格昂貴，加工費用高，一般用戶很難承受。

　　2.光敏樹脂具有一定的毒性，需要進行防護措施。

　　3.在成形過程中是分層固化，固化層容易發(fā)生錯位，需要設計支撐結構以便于原形的固化，因此，前期軟件工作量比較大。

　　4.由于采用激光分層固化，材料會因發(fā)生相變而產(chǎn)生內(nèi)應力，從而會導致制件的翹起和其他變形，

　　5.目前能使用的原材料種類較少，常用的是液態(tài)光敏樹脂，而光敏樹脂材料又不能反復加熱熔化，在消失鑄造時只能被燒失。

　　四、光固化快速成型技術的現(xiàn)狀與前景

　　(一)現(xiàn)狀

　　目前，最常用的光固化快速成型材料是一種型號為DSM Somos14120的新開發(fā)的、專門用于SLA成型機的低黏度液態(tài)光敏樹脂，成型零件的強度和韌性是由材料的性能決定的。[4]通過科研人員多年來的不懈努力，光敏樹脂的性能已經(jīng)取得了很大的改善。這種材料只要避免陽光和日光燈的直接照射，常態(tài)下性能穩(wěn)定，可以直接存放在成型機器的樹脂槽中，無需其它保存措施。光固化成形技術可以直接制作面向熔模精密鑄造的具有中空結構的消失模;可以用于各種模具(間接制模)的快速復制;制作的原型可以在一定程度上替代塑料件;可以制造有透明效果的制件;制件可以用于結構性的驗證和功能的測試。