概述液態(tài)光敏聚合物選擇性固化（StereoLithographyApparatus，簡稱SLA），又稱立體平板印刷技術(shù)，或稱光固化立體造型，是目前世界上研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的壹種迅速成形措施。在國際市場上占的份額最大，約為60％左右。迅速成型制造技術(shù)激光器掃描器立板網(wǎng)板樹脂槽光路板反射鏡沉塊刮板光固化迅速成型機構(gòu)造迅速成型制造技術(shù)激光器：提供光固化光源，波長355nm紫外光掃描器：使激光實現(xiàn)X-Y方向掃描聚焦鏡：使激光在焦點處會聚反射鏡：光路調(diào)整立板：固定Z向工作臺，固定液位調(diào)整系統(tǒng)網(wǎng)板：支撐迅速成型制件樹脂槽：盛裝液體光固化樹脂沉塊：調(diào)整液位，保證XY方向掃描精度刮平裝置：真空吸附刮平裝置，保證層厚度1、運用計算機控制下的紫外激光，按預(yù)定零件各分層截面的輪廓，進行填充掃描，輪廓掃描，使被掃描區(qū)的光敏樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)，從而形成零件的壹種薄層截面；2、當壹層固化完畢，移動升降臺，通過真空吸附式刮平系統(tǒng)，對大平面補充樹脂，并刮平裝置刮去多出的樹脂。在原先固化的樹脂表面上再涂敷上壹層新的液態(tài)樹脂。

SLA成形原理SLA成形原理3、激光束對新壹層樹脂進行掃描固化，使新固化的壹層牢固地粘合在前壹固化層上。4、反復(fù)2步和3步，至整個零件原型制造完畢。最終升降臺升出液體樹脂表面，即可取出工件，進行清洗、後固化以及表面光潔處理。SLA成形系統(tǒng)的構(gòu)成及各部分的作用SLA成形系統(tǒng)由激光器、掃描器、光敏樹脂、液槽、升降臺、樹脂涂敷裝置和控制軟件構(gòu)成。光固化迅速成型計算機SPS光固化迅速成型系統(tǒng)采用兩臺計算機，壹臺用作分層和加支撐，通過網(wǎng)絡(luò)與CAD工作站直接連接，接受CAD系統(tǒng)設(shè)計的STL文獻。壹臺用作系統(tǒng)控制，分層數(shù)據(jù)文獻和支撐文獻通過并行接口傳播給控制計算機。SPS光固化迅速成型系統(tǒng)的中央控制部件采用工業(yè)控制計算機，制作時，實時生成掃描矢量及多種控制指令，并通過對應(yīng)的接口電路控制各個子系統(tǒng)。計算機通過3通道16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器控制振鏡掃描系統(tǒng)，控制網(wǎng)板升降運動，刮平系統(tǒng)運動等；激光功率和樹脂溫度等模擬量通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路饋入計算機；通過I/O接口板把驅(qū)動脈沖送至步進電機驅(qū)動電源，成型機的多種光電開關(guān)信號也通過I/O板饋入計算機。SLA成形系統(tǒng)的激光器1、SLA用激光器有兩種類型：氦－鎘（He－Cd）激光器，輸出功率15～50mW（毫瓦），屬于低能量激光，輸出波長325nm，激光器壽命h。固體激光器，激光物質(zhì)YVO4，輸出功率100～1000mW，屬于高能量激光，輸出波長354.7nm，激光器壽命5000h以上，壽命重要決定于泵浦源。聚焦後激光光斑直徑壹般為0.05～0.30m，激光位置精度可達0.008mm，反復(fù)精度可達0.005mm。激光器技術(shù)原子在正常分布狀態(tài)下，總是穩(wěn)定地處在低能級E1，如無外界作用，原子將長期保持這種穩(wěn)定狀態(tài)。壹旦原子受到外界光子的作用，賦予原子壹定的能量E後，原子就從低能級E1躍遷到高能級E2，這個過程稱為光的受激吸取。光受激後，其能量有下列關(guān)系：激光器技術(shù)處在高能級E2的原子在光子的誘發(fā)下，從高能級E2躍遷到低能級E1而發(fā)光，這個過程叫做光的受激輻射。根據(jù)外光電效應(yīng)，只有光子的頻率等于激發(fā)態(tài)原子的某壹固有頻率時，原子的受激輻射才能產(chǎn)生，因此，受激輻射發(fā)出的光子與外來光子具有相似的頻率、傳播方向和偏振狀態(tài)。激光器技術(shù)在外來光子的激發(fā)下，假如受激輻射不小于受激吸取，原子在某高能級的數(shù)目就多于低能級的數(shù)目，相對于原子正常分布狀態(tài)來說，稱之為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當激光器內(nèi)工作物質(zhì)中的原子處在反轉(zhuǎn)分布，這時受激輻射占優(yōu)勢，光在這種工作物質(zhì)中傳播時，會變得愈來愈強。增益介質(zhì)：處在粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的物質(zhì)。鼓勵能源：使原子從低能級躍遷到高能級，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的外界能量。激光器技術(shù)壹種外來光子激發(fā)原子產(chǎn)生另壹種同性質(zhì)的光子，這就是說壹種光子放大為N1個光子，N1個光子將誘發(fā)出N2光子（N2>N1）……在原子受激輻射過程中，光被加強了，這個過程就被稱為光放大。E2E1E2－E1E2E1E2－E1E2E1入射波出射波圖通過受激輻射光被放大的示意圖受激吸取受激輻射受激光放大鼓勵（泵浦）示意圖激光器技術(shù)（構(gòu)造）為了使受激輻射的光強足夠大，壹般設(shè)計壹種光學(xué)諧振腔。原子發(fā)出的光在光學(xué)諧振腔裏產(chǎn)生雪崩似的放大，從而形成了強大的受激輻射光，該輻射光被稱為激光。光學(xué)諧振腔示意圖全反射鏡半反半透射鏡工作物質(zhì)激光束激光器技術(shù)（原理）激光發(fā)生原理壹種原子吸取能量之後，從低能態(tài)到高能態(tài)的過程稱為激發(fā)過程。反之，處在激發(fā)狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，總是自發(fā)地回到低能態(tài)，同步有光子發(fā)出，這壹過程叫“自發(fā)輻射”。假如原子吸取外界光能而躍遷到高能級，而受外界光感應(yīng)產(chǎn)生輻射又回到低能態(tài)，這壹過程叫“受激發(fā)射”。不過，只有采用壹種措施使物質(zhì)中大量粒子同步處在激發(fā)態(tài)，并通過外界光感應(yīng)，使所有處在激發(fā)態(tài)的粒子幾乎同步完畢受激輻射回到低能態(tài)，這時物質(zhì)才能發(fā)出壹束強大的光束來，稱為“激光”。激光器技術(shù)（構(gòu)造）激光工作物質(zhì)：即發(fā)光物質(zhì)，可以是氣體、液體和固體；泵浦源：能量源，產(chǎn)生鼓勵作用，有電泵浦源、光泵浦源等；諧振腔：放置在發(fā)光物質(zhì)兩邊的反射鏡，其中之壹為全反射鏡，此外壹種為部分反射、部分透射的半反射鏡；激光器的分類：根據(jù)工作物質(zhì)的不壹樣，分為氣體、液體和固體激光器。激光器技術(shù)激光有四大特性：高亮度、高方向性、高單色性和高相干性。激光的高亮度壹般光源發(fā)出的光是持續(xù)的，并且在4π立體角內(nèi)傳播，能量拾分分散，因此亮度不高，如太陽光的亮度值約為2×103W/cm2·Sr，而氣體激光器的亮度值為108W/cm2·Sr，而固體激光器的亮度更高達1011W/cm2·Sr。不僅如此，激光光束通過聚焦，光斑溫度可以高達萬度。激光的高方向性激光的高方向性重要是指其光束的發(fā)散角小，紫外激光發(fā)散角為0.5毫弧度。激光器技術(shù)激光具有高平行度，其發(fā)散角小，壹般約為0.18°，比壹般光微波小2～3個數(shù)量級。激光光束在幾公裏之外的擴散范圍不到幾厘米，因此，立體角極?。挥捎谒哪芰扛叨燃?，比同能量級的壹般光源高幾百萬倍。激光器技術(shù)激光的單色性激光的頻率寬度很窄，比壹般光頻寬度的拾分之壹還小，因此，激光是最佳的單色光。激光測長重要就是運用激光的高單色性。激光的相干性兩束光在相遇區(qū)域內(nèi)發(fā)出的波相疊加，并能形成較清晰的干涉圖樣或能收到穩(wěn)定的拍頻信號。激光器技術(shù)時間相干是指同壹光源在相干時間t內(nèi)的不壹樣步刻發(fā)出的光，通過不壹樣旅程相遇而產(chǎn)生的干涉。空間相干是指同壹時間由空間不壹樣點發(fā)出的光的相干性。

由于激光的傳播方向、振動態(tài)、頻率、相位完全壹致，因此激光具有優(yōu)良的時間相干性和空間相干性固體激光器液體激光器氣體激光器半導(dǎo)體激光器激光器的構(gòu)成激光器激光器增益介質(zhì)激勵能源光學(xué)諧振腔產(chǎn)生激光能源粒子反轉(zhuǎn)分布固體激光器此類激光器所采用的固體工作物質(zhì)，是把具有能產(chǎn)生受激發(fā)射作用的金屬離子摻入晶體而制成的。在固體中能產(chǎn)生受激發(fā)射作用的金屬離子重要有三類：(1)過渡金屬離子（如Cr3+）；(2)大多數(shù)鑭系金屬離子（如Nd3+、Sm2+、Dy2+等）；(3)錒系金屬離子（如U3+）。這些摻雜到固體基質(zhì)中的金屬離子的重要特點是：具有比較寬的有效吸取光譜帶，比較高的熒光效率，比較長的熒光壽命和比較窄的熒光譜線，因而易于產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和受激發(fā)射。用作晶體類基質(zhì)的人工晶體重要有：剛玉（NaAlSi2O6）、釔鋁石榴石（Y3Al5，O12）、鎢酸鈣（CaWO4）、氟化鈣（CaF2）等，以及鋁酸釔（YAlO3）、鈹酸鑭（La2Be2O5）等。晶體兩端鍍膜構(gòu)成諧振腔。固體激光器固體激光器的增益介質(zhì)是固態(tài)物質(zhì)。盡管其種類諸多，但其構(gòu)造大體是相似的，特點是體積小而結(jié)實，功率大。目前輸出功率可達幾仟兆瓦。常用的固體激光器有紅寶石激光器、摻釹的釔鋁石榴石激光器和釹玻璃激光器。紅寶石激光器應(yīng)用：焊接、切割液體染料激光器使用Ar離子激光，KTP－YAG激光或紫外激光泵浦具有染料的有機溶液，鼓勵染料，并使該染料的譜線在諧振腔內(nèi)振蕩放大而輸出波長持續(xù)可調(diào)的激光。染料不壹樣可調(diào)波長范圍不壹樣，假如再進行倍頻，則可獲得紫外光，從而得到紫外到近紅外的波長。液體激光器輸出激光的工作物質(zhì)是液體。其最大的特點是它發(fā)出的激光波長可在壹波段內(nèi)持續(xù)可調(diào)，持續(xù)工作，而不減少效率。液體激光器可分為有機液體激光器，無機液體激光器以及鰲合物激光器等。液體染料激光器應(yīng)用：物質(zhì)分析，光化反應(yīng)，激光演示，科學(xué)研究及光動力學(xué)治療等氣體激光器此類激光器采用的氣體工作物質(zhì)，是所使用的工作物質(zhì)中數(shù)目最多、鼓勵方式最多樣化、激光發(fā)射波長分布區(qū)域最廣的壹類激光器。氣體激光器所采用的工作物質(zhì)，可以是原子氣體、分子氣體和電離化離子氣體，為此，把它們對應(yīng)的稱為原子氣體激光器、分子氣體激光器和離子氣體激光器。在原子氣體激光器中，產(chǎn)生激光作用的是沒有電離的氣體原子，所采用的氣體重要是幾種惰性氣體（如氦、氖、氬、氪、氙等），有時也可采用某些金屬原子（如銅、鋅、鎘、銫、汞等）蒸汽，或其他元素原子氣體等。原子氣體激光器的經(jīng)典代表是氦壹氖氣體激光器。在分子氣體激光器中，產(chǎn)生激光作用的是沒有電離的氣體分子，所采用的重要分子氣體工作物質(zhì)有CO2、CO、N2、H2、HF和水蒸氣等。分子氣體激光器的經(jīng)典代表是二氧化碳（CO2）激光器、氮分子（N2）激光器。離子氣體激光器，是運用電離化的氣體離子產(chǎn)生激光作用，重要的有惰性氣體離子和金屬蒸汽離子，這方面的代表型器件是氬離子（Ar+）激光器、氪離子（Kr+）激光器以及氦壹鎘離子激光器等。氣體激光器氣體激光器的工作物質(zhì)是氣體。其特點是小巧，能持續(xù)工作，單色性好，不過輸出功率不及固體激光器。目前已經(jīng)開發(fā)了多種氣體原子、離子、金屬蒸汽、氣體分子激光器。常用的有CO2激光器、氦氖激光器和CO激光器。氦氖激光器應(yīng)用：檢測，CO2激光器，應(yīng)用于焊接、切割，迅速成型半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器又稱激光二極管[1](LD)。進入八拾年代，人們吸取了半導(dǎo)體物剪發(fā)展的最新成果，采用MBE（分子束外延）或者CVD（化學(xué)氣相沉積）措施來制備的量子阱(QW)和應(yīng)變量子阱(SL-QW)等新奇性構(gòu)造，和折射率調(diào)制Bragg發(fā)射器以及增強調(diào)制Bragg發(fā)射器最新技術(shù)，同步還發(fā)展了MBE、MOCVD及CBE等晶體生長技術(shù)新工藝，使得新的外延生長工藝可以精確地控制晶體生長，到達原子層厚度的精度，生長出優(yōu)質(zhì)量子阱以及應(yīng)變量子阱材料。于是，制作出的LD，其閾值電流明顯下降，轉(zhuǎn)換效率大幅度提高，輸出功率成倍增長，使用壽命也明顯加長。半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器是繼固體和氣體激光器之後發(fā)展起來的壹種效率高、體積小、重量輕、構(gòu)造簡樸，但輸出功率小的激光器。其中有代表性的是砷化鎵激光器。半導(dǎo)體激光器應(yīng)用：可作為光泵浦，產(chǎn)生激光。SLA成形系統(tǒng)掃描裝置激光束掃描裝置有兩種方式：（1）.掃描器—Galvanometer（掃描振鏡）電流計驅(qū)動的掃描振鏡方式，適合于制造多種尺寸的高精度原型件，掃描速度快，但存在焦距誤差現(xiàn)象。（2）.X－Y繪圖儀方式，精度高，掃描速度低，適合于制造大尺寸的高精度原型件。SLA成形系統(tǒng)掃描器振鏡是壹種矢量掃描器件，它是壹種特殊的擺動電機，基本原理是通電線圈在磁場中產(chǎn)生力矩，但與旋轉(zhuǎn)電機不壹樣，其轉(zhuǎn)子上通過機械紐簧或電子的措施加有復(fù)位力矩，大小與轉(zhuǎn)子偏離平衡位置的角度成正比，當線圈通以壹定的電流時，轉(zhuǎn)子發(fā)生偏轉(zhuǎn)到壹定的角度時，電磁力矩與答復(fù)力矩大小相等，故不能象壹般電機同樣旋轉(zhuǎn)，只能偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角與電流成正比，與電流計同樣，故振鏡又叫電流計掃描器（galvanometricscanner），反射鏡安裝在轉(zhuǎn)軸出端，由轉(zhuǎn)子帶動偏轉(zhuǎn)。SLA成形系統(tǒng)掃描器振鏡經(jīng)歷了動圈、動鐵、動磁三個發(fā)展階段。動磁式的轉(zhuǎn)子用稀土永久磁鐵做成，線圈固定、便于散熱。具有轉(zhuǎn)子慣量小、力矩常數(shù)大、動態(tài)性能好、發(fā)熱小等特點。開環(huán)驅(qū)動的精度和動態(tài)響應(yīng)不理想，因而廣泛采用閉環(huán)控制，角位移通過碟形電容傳感器檢測，精度取決于電容傳感器。由于傳感器的信號變換和前置放大電路封裝在振鏡裏，振鏡發(fā)熱產(chǎn)生的溫度變化會引起電路的漂移，故規(guī)定在振鏡裏面采用恒溫措施，而動磁式振鏡的發(fā)熱少，可不用恒溫控制，其漂移可控制在到20ppm/℃。振鏡具有優(yōu)良的動態(tài)性能，可到達0.95×106rad/s2的角加速度，若掃描半徑為800mm，則相稱于光點0.76×106/s2的線加速度?？梢缘竭_40周/秒的掃描速度，±20°掃描范圍，掃描半徑為800mm，光斑掃描速度到達48米/秒。SLA成形系統(tǒng)掃描器掃描器振鏡控制卡激光器聚焦鏡掃描器激光束反射鏡SLA成形系統(tǒng)掃描器當指令電信號為交變電流時，振鏡的轉(zhuǎn)子運動實際上是壹種有阻尼的受迫振動。它的運動方程可用壹種二階微分方程體現(xiàn)，即：式中：J—轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量；Dm—機械阻尼系數(shù)；w—彈簧絲的彈性系數(shù)；ME—機械或電磁力矩；θ—偏轉(zhuǎn)角度；t—時間SLA成形系統(tǒng)掃描器通過給定初始條件t=0時，θ=0和邊界條件dθ=0時，θ=ME/w，可以求解出激光束的角速度、角位移和偏轉(zhuǎn)角度的關(guān)系，從而求解出光斑在層數(shù)據(jù)輪廓邊緣的動態(tài)行為，包括光斑在輪廓邊緣的速度和位移曲線，計算出光斑在輪廓邊緣的過沖量（激光光斑沖出輪廓邊緣的量）。激光功率越大，則激光掃描速度越快，過沖量越明顯。光斑在邊緣的過沖，必然導(dǎo)致掃描精度的丟失，同步也會影響制件的表面粗糙度。SLA成形系統(tǒng)掃描器振鏡反射鏡反射鏡固定在檢流計轉(zhuǎn)子的小軸上。對于高功率激光系統(tǒng)，對于低功率激光系統(tǒng)，反射鏡不需要冷卻散熱，可以使用壹般光學(xué)玻璃制作反射鏡片，然後鍍高反射膜，反射率可達99%。SLA成形系統(tǒng)—液槽3、液槽作用：盛放光敏樹脂采用不銹鋼制作，其尺寸由原型件尺寸決定。液位控制模塊樹脂制件網(wǎng)板液位檢測模塊涂敷裝置SLA成形系統(tǒng)—升降臺和網(wǎng)板4、升降臺和網(wǎng)板作用：控制成形工件的升降。在真空吸附式涂敷裝置使用之前，壹般采用下潛、提高的運動方式，保證表面補充足夠的樹脂；在采用吸附式涂敷裝置後，吸附涂敷裝置儲存有足夠的樹脂，用于補充表面，壹般采用逐次下潛壹種層厚度的運動方式。升降臺和網(wǎng)板的運動由電機控制，最小步距在0.02mm如下。SLA成形系統(tǒng)—刮平裝置5、刮平裝置第壹代刮平裝置（雙刃式刮平裝置）裝置構(gòu)造簡樸，存在的問題是：由于樹脂的黏度，在刮刀推進表面樹脂的同步，對表面下的樹脂也有作用，在刮平裝置作用之後，由于樹脂內(nèi)部的粘滯阻力，刮平裝置下方的樹脂會發(fā)生回流現(xiàn)象，向刮平相反方向回流，致使已刮平的樹脂表面升高。雙刃刮平裝置樹脂回流實際液面標準液面SLA成形系統(tǒng)—刮平裝置真空吸附式刮平裝置（最新進展）真空吸附式刮平槽內(nèi)儲存有足夠多的樹脂，保證新壹層樹脂迅速、均勻的涂覆在已固化層上，保證每壹層厚度均勻。并且可吸取多出樹脂。網(wǎng)板可采用逐層下潛的運動方式，不必采用下潛、回升的運動方式，提高工作效率。原則液面實際液面真空吸附涂敷裝置抽真空(a)(b)（a）刮刀刮平，層厚度0.1mm。（b）真空吸附刮平，層厚度0.1mm刮刀刮平涂層原則偏差真空吸附刮平涂層原則偏差No.oflayerLayeraveragethickness0.1000.1190.1040.1130.1100.1060.102Averagethickness0.108Standdeviation0.0119液位檢測模塊液位控制模塊SLA成形系統(tǒng)—液位檢測與控制6.液位控制模塊由于溫度的作用，工作臺的持續(xù)沉入樹脂，以及制件的取出，樹脂液位會發(fā)生變化，影響到X-Y精度，影響激光光斑直徑。溢流式液位控制法（初期采用）原理是在樹脂槽的壹邊不停地補充樹脂液，運用樹脂槽最低的側(cè)壁高度來控制液位，溢流式液位控制原理見示意圖。這種溢流式液位控制裝置構(gòu)造簡樸、易于實現(xiàn)、可靠性較高。溢流式液位控制法原理示意圖SLA成形系統(tǒng)—液位檢測與控制不過，溢流式液位控制法存在如下缺陷：(1)由于樹脂粘度很大，因此若要產(chǎn)生溢流，補充邊液面必須比流出邊液位高出壹定高度，這樣不可防止會使槽內(nèi)液面產(chǎn)生梯度，導(dǎo)致工件向溢流口方向傾斜。以LPS250樹脂槽（300mm×300mm）為例，流入流出基本穩(wěn)定後，流入邊比流出邊高約1mm左右。(2)液位理論上只有壹種穩(wěn)定位置，即由溢流口高度決定，不能調(diào)整，柔性較差。SLA成形系統(tǒng)—液位檢測與控制(3)溢流的流量變化又使上述傾斜呈不確定性。即由于樹脂液的表面張力效應(yīng)，液體存在“倒塌”現(xiàn)象。即樹脂液并非穩(wěn)定流出，而是積累到壹定高度後瞬間瀉掉，之後再積蓄。如此循環(huán)，形成液位高度在大范圍內(nèi)周期性變化，這會導(dǎo)致制件的波紋效應(yīng)，如圖所示。液位周期變化導(dǎo)致的波紋效應(yīng)步進電機連軸器固定支座固定支座液槽沉塊高分辯液位檢測模塊計算機步進電機驅(qū)動器沉塊式液位控制原理溢流液位控制測試成果：液位波動0.085mm沉塊式液位控制測量成果：液位波動0.03mmSLA成形系統(tǒng)—液位檢測與控制液位控制作用1）保證光固化迅速成型精度。由于溫度的作用，工作臺的持續(xù)沉入樹脂，以及制件的取出，樹脂液位會發(fā)生變化，影響到X-Y精度，影響激光光斑直徑。液面波動引起光斑半徑及精度的變化實際液面理想液面r’r激光束θα△r△φSLA成形系統(tǒng)—液位檢測與控制假如液態(tài)樹脂的實際液面位置與相對理想的位置發(fā)生△h的波動，如圖所示，激光束發(fā)散角為θ，則引起光斑直徑φ變化△φ，△φ=2△htgθ/2。同步引起光點位置的變化△γ=△hctgα，其中α為光斑處在γ處光線與樹脂液面的夾角。SLA成形系統(tǒng)—液位檢測與控制2）保證光固化過程成型中層厚度均勻由于液位的波動，也許導(dǎo)致層厚度不均勻，過厚的層厚度，當激光功率局限性時，導(dǎo)致成型層之間的剝離，當激光功率足夠時，固化層位置也許超過真空吸附槽刃口，迅速成型將無法持續(xù)進行；過薄的層厚度，導(dǎo)致過固化。理想液位液位過高升降托板升降托板液位過低液位變動對成型的影響(a)液位過高(b)液位過低導(dǎo)柱導(dǎo)柱PSDLD螺旋測微器容器樹脂液托板底板液位檢測與標定裝置原理圖光滑導(dǎo)柱PSDABLDOα△hA：零位反射光點；B：檢測位反射光點；O：液面檢測光點；α：激光入射角；△x：液面位置變化圖3斜射式測量法中的幾何關(guān)系7、液位檢測模塊真空吸附式涂敷裝置光敏樹脂SLA成形系統(tǒng)—軟件系統(tǒng)8、數(shù)據(jù)處理軟件和控制系統(tǒng)軟件作用：（1）根據(jù)STL格式CAD模型的拓撲信息，確定成型方向、支撐位置，對模型加支撐，然後對模型進行平面分層，得到每壹種截面的形狀。（2）實時生成掃描矢量，控制激光器、激光束掃描裝置，控制網(wǎng)板升降、刮平裝置的運動，控制液位，控制溫度。STL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換自動支撐分層處理造型方向決定和平臺配置等支撐手工編輯/追加/刪除病態(tài)數(shù)據(jù)編輯造型平臺多模型配置RPBuild虛擬設(shè)備列表參照SPI格式(恒通文件格式）模型修復(fù)及尺寸測量等數(shù)據(jù)輸出XY補償Z向補償抽殼處理多重輪廓線跨層處理SPS350SPS450SPS600SPS600IISLC文件格式SLA成形的工藝過程1.模型設(shè)計在CAD造型軟件中完畢原型件的幾何建模，并將其轉(zhuǎn)化成STL格式。2.模型支撐、切片采用數(shù)據(jù)處理軟件對STL格式文獻進行加支撐處理、分層處理，得到每壹層的截面輪廓圖形數(shù)據(jù)，有關(guān)（支撐）的網(wǎng)格矢量數(shù)據(jù)，用于控制激光束的軌跡。模型切片參數(shù)-層厚度設(shè)定應(yīng)考慮包括激光功率、掃描模式、固化深度、掃描速度。SLA成形的工藝過程3.原型制造原型建立指液態(tài)光敏樹脂逐層固化得到原型件的過程。工作臺初始時在液態(tài)光敏樹脂液面下壹種層厚的距離，壹般是0.05~0.2mm。每固化壹層工作臺下降壹種層厚的高度。掃描參數(shù)設(shè)置包括掃描間距，掃描模式，線寬賠償值、收縮賠償因子的選擇和確定。SLA成形的工藝過程4.後固化處理後固化處理指的是用很強的紫外光照射剛成形的原型件，使之充足固化。原因：激光掃描迅速成型過程中，規(guī)定成型速度快，變形小，固化程度往往不徹底，建立的原型件強度低，通過後固化處理才可到達規(guī)定的性能。固化時間壹般為30min。紫外燈迅速原型件迅速成型工藝過程調(diào)入STL數(shù)據(jù)選擇成型方向迅速成型工藝過程自動生成支撐迅速成型工藝過程多種支撐形式迅速成型工藝過程迅速成型工藝過程掃描控制系統(tǒng)中加載數(shù)據(jù)文獻迅速成型工藝過程成型過程仿真迅速成型工藝過程設(shè)置成型掃描模式迅速成型工藝過程設(shè)置成型參數(shù)SLA用的材料SLA采用的光敏聚合物有：丙烯酸樹脂（AcrylicResin）和環(huán)氧樹脂（Epoxy），通過添加光敏引起劑，在外界紫外光的照射下，可以迅速固化。丙烯酸樹脂（AcrylicResin）的特點是黏度低，流動性好，便于涂敷，但變形大，強度、韌性低，較脆。環(huán)氧樹脂（Epoxy）的特點是強度、韌性高，黏度、流動性差，通過設(shè)備改善工藝性。SLA成形過程中的操作事項1.SLA在建立原型件的過程中要設(shè)計支撐支撐的作用：其壹是支撐原型件的懸臂或是中空的構(gòu)造，以順利建立原型件；其二是使原型件結(jié)實地黏結(jié)在建立的底座上，從而防止固化層變形翹起，涂敷裝置刮過表面樹脂時，制件被破壞，以及制件在液槽升降運動中，愈加穩(wěn)定。SLA成形過程中的操作事項支撐的規(guī)定：支撐在原型件建立後應(yīng)能以便的清除，因此要考慮其構(gòu)造，在可以穩(wěn)定支撐的前提下，盡量設(shè)計成輕易清除的構(gòu)造。支撐構(gòu)造多為間距為6mm的薄片，與制件接觸部分為點接觸，稱為點支撐。激光掃描模式掃描方式步進掃描網(wǎng)形掃描矢量掃描填充掃描輪廓掃描激光掃描模式步進掃描：從壹點到另壹點的迅速運動，激光在運動終點才啟動，掃描的途徑并不重要，如用于光學(xué)開關(guān)、點焊和打孔中，SLA中的點支撐掃描。網(wǎng)形掃描：這種掃描工作在勻速條件下，掃描到線段的終點後又返回起點作第二線段的掃描，如此反復(fù)進行。這種掃描也可以變化方向，如數(shù)據(jù)采集和打印，SLA成型過程中的填充掃描。矢量掃描：這種波形由壹系列微步構(gòu)成，變化速度超過系統(tǒng)帶寬，當掃描開時掃描可勻速進行，激光關(guān)時伴隨復(fù)位運動穩(wěn)定停止。例如激光打標、激光顯示和迅速成型等應(yīng)用。SLA成形的優(yōu)缺陷壹.SLA迅速原型技術(shù)的長處1.系統(tǒng)工作穩(wěn)定。系統(tǒng)壹旦開始工作，構(gòu)建零件的全過程完全自動運行，無需專人看守，直到整個工藝過程結(jié)束。2.尺寸精度較高，可保證工件的尺寸精度在0.1mm以內(nèi)。3.表面質(zhì)量很好，工件的最上層表面很光滑，側(cè)面也許有臺階不平及不壹樣層面間的曲面不平。4.系統(tǒng)辨別率較高，因此能構(gòu)建復(fù)雜構(gòu)造的工件。5.成形速度較快。SLA迅速原型技術(shù)的缺陷二.SLA迅速原型技術(shù)的缺陷1.需要專門試驗室環(huán)境，維護費用高昂。2.成型件需要後處理，二次固化，防潮處理等工序。3.光敏樹脂固化後較脆，易斷裂，可加工性不好；工作溫度不能超過100℃，成形件易吸濕膨脹，抗腐蝕能力不強。伴隨時間推移，樹脂會吸取空氣中的水分，使聚合物收縮產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，導(dǎo)致軟薄部分的彎曲和卷翹。

SLA迅速原型技術(shù)的缺陷4.氦-鎘激光管的壽命僅小時，價格較昂貴，運行費用高。5.可選擇的材料種類有限，必須是光敏樹脂。由此類樹脂制成的工件在大多數(shù)狀況下都不能進行耐久性和耐熱性能試驗。6.需要設(shè)計工件的支撐構(gòu)造，以便保證在成型過程中制作的每壹種構(gòu)造部位都能可靠定位。支撐構(gòu)造需在未完全固化時手工清除，輕易破壞成型件。光固化迅速成型精度誤差聚焦誤差聚焦面工作面光固化迅速成型精度誤差雙振鏡掃描場與“枕形”畸變光固化迅速成型聚焦誤差

雙振鏡掃描模塊在X-Y平面內(nèi)掃描，其構(gòu)造如圖所示，設(shè)a為振鏡2到像場中心的距離，兩振鏡間隔距離為b。則聚焦誤差為：由式中可看出，聚焦誤差由光程的變化引起，與坐標x和y有關(guān)，光斑越靠近掃描場邊緣，則光程差越大，聚焦誤差越嚴重。光固化迅速成型聚焦誤差光斑焦點掃描軌跡構(gòu)成的像場為球面，與工作面不重疊，稱為系統(tǒng)的聚焦誤差或Z軸誤差。掃描范圍越大，誤差就越大，需要用硬件—動態(tài)聚焦模塊加以克服。動態(tài)聚焦模塊可在振鏡掃描過程中同步變化模塊焦距，調(diào)整聚焦位置，實現(xiàn)Z軸方向精度誤差賠償，與雙振鏡構(gòu)成壹種三維掃描系統(tǒng)。光固化迅速成型精度誤差光固化迅速成型靜態(tài)精度誤差動態(tài)聚焦模塊由壹正壹負兩片透鏡(L1，L2)構(gòu)成，如圖所示，高斯激光束，經(jīng)擴束準直後，可以看作是均勻球面波的壹種推廣，兩者經(jīng)透鏡的變化規(guī)律存在著親密的類比，因此，可使用牛頓公式求光斑位置。對于正透鏡L1有牛頓公式：求微分：式中，設(shè)，當負透鏡L2軸向位移時，L1像方的聚焦位置發(fā)生變化。工程中為了保證L2的直線位移對振鏡掃描的可靠響應(yīng)，壹般限制du在±5mm以內(nèi)。工作距離r由掃描范圍（像場大?。⒐獍叱叽?、振鏡最大掃描角優(yōu)化確定。光固化迅速成型枕形誤差激光掃描系統(tǒng)的精度直接對成型精度產(chǎn)生影響，掃描精度分為靜態(tài)精度和動態(tài)精度，對于靜態(tài)精度而言，首先，原理上振鏡掃描系統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)角和平面坐標之間存在著本質(zhì)的非線性影射關(guān)系，假如采用線性映射直接控制振鏡，則會產(chǎn)生所謂枕形誤差，必須進行矯正。枕形誤差原理：光固化迅速成型枕形誤差從上式可以看出，當振鏡反射鏡片2中心到掃描平面中心距離壹定期，枕形誤差與振鏡偏轉(zhuǎn)角度ψ1和ψ2有關(guān)，它隨ψ1和ψ2的增大而增大，因此在掃描平面的中心附近枕形誤差較小，而邊緣的畸變較大。當掃描角度范圍為±20°時，平面掃描范圍為500×500mm，相對枕形誤差（△x與掃描