2.3 立体光固化成型
1986年美国Charles WHull博士在其一篇论文中提出使用激光照射光敏树脂表面，并固化制作三维物体的概念，之后Charles WHull申请了相关专利，同年便出现了SLA的雏形。SLA是最早被提出并实现商业应用的成型技术。
2.3.1 立体光固化的原理
立体光固化成型技术（Stereo Lithography Appearance,SLA）主要以光敏树脂为打印材料，光敏树脂在相应波长的光源照射凝固成型，然后通过逐层固化，就可以得到完整的产品。基于SLA的3D打印机主要由三部分组成，分别是激光扫描振镜系统、光敏树脂固化成型系统和控制软件系统，其工艺原理如图2-8所示。
图2-8 SLA的工艺原理
1．激光扫描振镜系统的工作原理
激光器发射出一束激光光束，激光光束在扫描振镜的作用下实现扫描的功能。当接收到一个位置信号后，振镜会根据电压与角度的转换关系摆动相应的角度来改变激光光束的路径。然后激光光束通过反射镜反射，从而实现光路放大的功能，最终到达光敏树脂处。
2．光敏树脂固化成型系统工作原理
在固化成型系统中，在相应波长光源的作用下，光敏树脂发生光聚合反应。控制软件系统对零件进行切片和路径规划，并控制激光按零件的二维截面信息在基板上逐点进行扫描，被扫描区域的光敏树脂在光源的作用下发生光聚合反应而固化，从而形成零件的一个切片层。在一层切片层扫描固化完成后，控制软件系统控制工作台上移一个层厚的距离，在原先固化好的树脂表面再填充一层液态光敏树脂，开始进行下一层的扫描固化，新固化的切片层将牢固地粘在上一层上，如此循环反复即可完成整个零件的加工。
3．控制软件系统工作原理
控制软件系统主要完成零件的三维造型、切片、路径规划，主要目的是获得直角坐标系下的数据信息，并控制XY振镜实现X轴、Y轴的扫描，控制Z轴电动机实现Z向位置控制。
如图2-9所示，SLA成型技术的具体工艺过程如下：
图2-9 SLA成型技术的工艺过程
1）通过CAD设计出三维实体模型，利用离散程序将模型进行切片处理，设计扫描路径，产生的数据将精确控制激光扫描器和升降台的运动。
2）激光光束通过数控装置控制的扫描器，按设计的扫描路径照射到液态光敏树脂表面，使表面特定区域内的一层树脂固化。当一层加工完成后，就生成零件的一个截面。
3）升降台下降一定距离，固化层上覆盖另一层液态树脂，再进行第二层扫描，第二层牢固地粘接在前一层上，这样一层层叠加最终形成三维工件原型。
4）将原型从树脂中取出后，进行最终固化，再经抛光、电镀、喷漆或着色处理即得到产品。
2.3.2 立体光固化的特点
1．SLA的优点
1）光固化成型法是最早出现的快速原型制造工艺，经过了时间的检验，成熟度较高。
2）由CAD数字模型直接生产原型，加工速度快，生产周期短，无须切削工具与模具。
3）能够加工结构外形复杂或使用传统手段难于成型的原型和模具。
4）采用CAD数字模型，更直观，降低错误修复的成本。
5）为试验提供试样，可以对计算机仿真计算的结果进行验证和校核。
6）可联机操作和远程操作，便于生产自动化。
2．SLA的缺点
1）SLA系统造价昂贵，使用和维护成本过高。
2）SLA系统是对液体进行操作的精密设备，对工作环境要求苛刻。
3）成型件多为树脂类，强度、刚度、耐热性有限，不利于长时间保存。
4）预处理软件与驱动软件运算量大，与加工效果关联性太高。
5）软件系统操作复杂，入门难度较大，使用的文件格式不为广大设计人员所熟悉。
2.3.3 主体光固化用打印材料
根据SLA的工艺原理和原型制件的使用要求，SLA技术使用的材料要求具有黏度低、流平快、固化速度快且收缩小、溶胀小、无毒副作用等性能特点。
用于光固化快速成型的材料为液态光固化树脂，或称液态光敏树脂。目前应用的光敏树脂种类很多，其成分也各不相同。典型的SLA用光敏树脂成分见表2-5，主要包括低聚物、光引发剂、稀释剂和其他物质。
表2-5 SLA用光固化树脂成分
在快速成型方法中，SLA使用较为广泛。SLA凭借其方便、生产周期短的优势，在铸造、模具和塑料加工行业得到更加广泛的应用。当前，研究光固化成型（SLA）设备的单位有美国的3D Systems公司、Aaroflex公司，德国的EOS公司、F&S公司，法国的Laser 3D公司，日本的SONY/D-MEC公司、Teijin Seiki公司、Denken Engieering公司、Meiko公司、Unipid公司、CMET公司，以色列的Cubita公司；国内主要有西安交通大学、华中科技大学、上海联泰科技有限公司等单位。随着人们对快速成型（RP）技术的深入了解，各种快速成型工艺将在最适合自己的领域内发挥作用，SLA以其出色的精度，将在非金属材料的高端快速成型领域内保持领先。