立體平板印刷(三維分層)工作原理

立體平板印刷(三維分層)工作原理

立體平板印刷又稱為三維分層或三維印刷，它只需幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間即可根據(jù)CAD繪圖制造出三維（3-D）實(shí)心塑料物件。不論您是檢驗(yàn)零件是否合格的機(jī)械工程師，還是要為某項(xiàng)發(fā)明制造塑料模型的發(fā)明家，立體平板印刷都為您提供了一種將CAD繪圖轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)體物件的快捷方式。

三維印刷是我們所處時(shí)代的一個(gè)明顯的標(biāo)志。在過(guò)去，要制造某個(gè)零件的模型需要花費(fèi)數(shù)月之久的時(shí)間，而如今在幾個(gè)小時(shí)之內(nèi)便可完工。只要您能構(gòu)思出某項(xiàng)產(chǎn)品，就可以在兩天后拿到它的工作模型！在本篇博聞網(wǎng)文章中，我們將介紹立體平板印刷服務(wù)機(jī)構(gòu)PT CAM（Piedmont Triad Center for Advanced Manufacturing），以使您了解這一服務(wù)中所涉及的方方面面。在此過(guò)程中，您還會(huì)看到一些用此技術(shù)制造的真實(shí)的三維模型！

立體平板印刷機(jī)

PT CAM使用的立體平板印刷機(jī)是用三維系統(tǒng)制造的，如下圖所示：

這種印刷機(jī)包含四個(gè)重要的部件：

• 一個(gè)裝有十幾升液態(tài)感光樹(shù)脂的池。感光樹(shù)脂是一種干凈的液態(tài)塑料。
• 一個(gè)浸泡在池中的孔狀平臺(tái)。在印刷過(guò)程中，此平臺(tái)可以在池內(nèi)上下移動(dòng)。
• 一個(gè)紫外線激光器
• 一臺(tái)驅(qū)動(dòng)激光和平臺(tái)的計(jì)算機(jī)

感光樹(shù)脂對(duì)紫外線光十分敏感，當(dāng)激光射在感光樹(shù)脂上時(shí)，樹(shù)脂將凝固。

如果您站在立體平板印刷機(jī)（SLA）的旁邊，便可以親眼看到激光構(gòu)造每一層的過(guò)程。這個(gè)小MPEG文件將向您演示激光是如何構(gòu)造模型的一小部分的。

立體平板印刷過(guò)程

基本印刷過(guò)程如下：

• 您在CAD程序中設(shè)計(jì)物件的三維模型。
• 有一種軟件會(huì)將您的CAD模型切分為很多薄薄的層，通常是每毫米5到10 層。
• 三維印刷機(jī)的激光會(huì)曝光池中的液態(tài)塑料并加以固化，以此來(lái)“描繪”第一個(gè)層。
• 平臺(tái)在池中滴入一滴液態(tài)塑料，使其厚度僅為一毫米的幾分之一，然后由激光描繪另一個(gè)層。
• 這個(gè)過(guò)程會(huì)逐層不斷重復(fù)，直至產(chǎn)品成型。

整個(gè)的制作過(guò)程比較緩慢。根據(jù)要制造的物件的大小和數(shù)量，激光可能需要一到兩分鐘才能完成一層。一般而言，這個(gè)過(guò)程可能需要6到12個(gè)小時(shí)。如果是較大的物件，完成此過(guò)程可能需要幾天的時(shí)間（對(duì)于上面顯示的印刷機(jī)，它可以處理的最大尺寸是三維都是25厘米的物件）。

首先，您要在CAD程序中創(chuàng)建物件的三維設(shè)計(jì)。制造前需要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，即用一個(gè)支座將設(shè)計(jì)從托盤上略微托起，并裝上制造過(guò)程中需要的任何支架。接下來(lái)，SLA會(huì)自動(dòng)（無(wú)需看守）呈現(xiàn)該物件。此過(guò)程完成后，SLA會(huì)升起平臺(tái)，您將得到最終的三維物件。如果物件較小，則可以根據(jù)需要一次制造多個(gè)。它們會(huì)全部座落在托盤上，彼此相鄰。

下圖顯示了制造過(guò)程結(jié)束后的托盤，此過(guò)程同時(shí)制造了多個(gè)完全相同的物件：

印刷過(guò)程結(jié)束后，需要用一種溶劑來(lái)漂洗這些物件，然后在紫外線烤箱中將它們“烘干”，以便使塑料徹底固化。

使用立體平板印刷能制造什么

利用立體平板印刷，可以制造出您能想象到的任何三維造型。如果您能將想象出的造型轉(zhuǎn)移到CAD程序中，一般就可以將其制造出來(lái)。在制造過(guò)程中，唯一需要注意的問(wèn)題是要保持造型的結(jié)構(gòu)完整。有時(shí)，您需要向設(shè)計(jì)中添加內(nèi)部支架，以防造型在印刷或固化階段出現(xiàn)褶曲。

下圖顯示了PT CAM制造的一個(gè)典型物件。此物件很輕，并具有聚苯乙烯塑料的強(qiáng)度。您可以隨意處置它，包括將它固定或在它上面鉆孔等，以便在實(shí)際應(yīng)用中體驗(yàn)它的效果。例如，一家座椅制造商會(huì)使用立體平板印刷來(lái)制造各種扶手造型，然后在實(shí)際的座椅上感受這些扶手的舒適程度。

下圖是一個(gè)引擎歧管的近照：

立體平板印刷的成本

立體平板印刷成本頗高。在美國(guó)，印刷機(jī)本身通常標(biāo)價(jià)在25萬(wàn)美元以上。由于聚合物及其溶劑會(huì)產(chǎn)生大量的煙，因此必須將這種印刷機(jī)放在通風(fēng)良好的環(huán)境中。聚合物本身也是極其昂貴的。CibaTool SL5170樹(shù)脂是立體平板印刷中一種常用的感光樹(shù)脂，其價(jià)格一般在每升200多美元。這就是為什么我們很少在小公司中看到立體平板印刷機(jī)的原因。

不過(guò)，有些服務(wù)機(jī)構(gòu)專門為小型工廠和個(gè)人提供立體平板印刷服務(wù)。例如，PT CAM就提供立體平板印刷服務(wù)，其報(bào)價(jià)為每小時(shí)55美元，公司客戶還能以每小時(shí)30美元的低價(jià)來(lái)購(gòu)買多個(gè)時(shí)段。這個(gè)價(jià)格并不便宜，但與自己購(gòu)買立體平板印刷機(jī)（SLA）和樹(shù)脂或制造零件相比，也算是相當(dāng)廉價(jià)了。您可以用電子郵件將CAD設(shè)計(jì)發(fā)送給PT CAM公司，該公司一般會(huì)在一到兩天的時(shí)間內(nèi)將零件發(fā)運(yùn)給您。交付周期短是立體平板印刷的一個(gè)最誘人之處！

這里要特別感謝Joel Leonard、Jerry Watkins和Steve Oneyear，他們?cè)诒疚牡淖珜?xiě)過(guò)程中提供了不可或缺的幫助。