光固化3D打印樹脂
光固化（photocuring）是指單體、低聚體或聚合體基質(zhì)在光誘導下的固化過程，一般用于成膜過程。技術(shù)具有高效、適應(yīng)性廣、經(jīng)濟、節(jié)能、環(huán)保的特點。光敏樹脂涂料是光固化技術(shù)在工業(yè)上大規(guī)模成功應(yīng)用的最早范例。
光敏樹脂即是UV樹脂，由聚合物單體與預(yù)聚體組成，其中加有光（紫外線）引發(fā)劑或稱為光敏劑，在一定波長的紫外光照射下立刻引起聚合反應(yīng)，完成固化，光敏樹脂一般為液態(tài)，用于制作高強度、耐高溫、防水等的材料，光敏樹脂3D打印常用于國內(nèi)外主流SLA快速成型設(shè)備、大多數(shù)進口或國產(chǎn)DLP桌面機等。
圖 SOMOS ProtoTherm光敏樹脂打印的吹風機原型外殼（來源帝斯曼）
帝斯曼Somos?光敏樹脂
DLP和SLA打印過程都需要專業(yè)的光敏固化樹脂，以達成精確固化還原打印模型的目標。在3D打印市場，帝斯曼通過其Somos?樹脂業(yè)務(wù)，在立體光刻（SLA）和數(shù)字光處理（DLP）領(lǐng)域樹立了自己的增材制造領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，為此帝斯曼成立一個專門的業(yè)務(wù)單元：帝斯曼增材制造。基于Somos的市場應(yīng)用經(jīng)驗，帝斯曼還將計劃覆蓋整個塑料打印材料領(lǐng)域，如在熔融長絲打印技術(shù)領(lǐng)域，帝斯曼為這項技術(shù)提供了不斷增長的材料組合，其中包括Novamid?聚酰胺和Arnitel?熱塑性彈性體。
圖 DSM Somos? Imagine 8000打印的游艇模型（來源帝斯曼）
帝斯曼Somos?系列多種光敏樹脂適用于DLP及SLA打印技術(shù)應(yīng)用于汽車、消費電子、航空航天、醫(yī)療、民用消費品等領(lǐng)域的樣品及原型制作（某些情況下可直接制作最終成品），小編列表如下：
帝斯曼DSM Somos?光敏樹脂 | |||
牌號 | 樹脂特性 | 成型特性 | 應(yīng)用場景 |
Somos Imagine 8000 | 低粘度、不透明白色 | 堅固、堅硬、防水 | 汽車、醫(yī)療器械和消費電子樣品及水流量分析、RTV模型、耐用概念模型、風管測試和快速鑄造模型 |
SOMOS ProtoTherm | 耐高達121°C | 細節(jié)精度高、高濕環(huán)境下尺寸穩(wěn)定 | 簡化風洞試驗樣品 |
SomosWaterClear Ultra 10122 | 非凡的光學透明清晰度 | 優(yōu)異的防潮性、出色的耐水性和耐高溫性 | 流體流動分析、概念和功能模型等，還提供類似于工程塑料的折射率值，用于光學光傳輸工作中的功能測試。 |
Somos WaterShed XC 11122 | 透明、清晰度高 | 優(yōu)異的防潮性、防水性、模仿ABS和PBT等透明熱塑性塑料的外觀 | 流體流動分析。耐用性足以承受強烈的風洞試驗，是汽車和航空航天工業(yè)的理想選擇。 |
SomosEvoLVe 128 | 精確細節(jié)、尺寸穩(wěn)定高 | 外觀和感覺與傳統(tǒng)的熱塑性塑料幾乎沒有區(qū)別 | 理想應(yīng)用： 1.堅韌的功能原型 2.卡扣式設(shè)計 3.夾具 |
Somos GP Plus 14122 | 類ABS、白色 | 防水、耐濕、耐用性、精確性和防潮性能 | 功能原型、概念模型和小批量生產(chǎn)部件： 航空部件 汽車部件 消費產(chǎn)品部件 小批量生產(chǎn)部件 |
Somos PerFORM | 復(fù)合材、白色、耐高溫132~268℃復(fù)合立體光固化成型樹脂中粘度最低的一款 | 堅固、強韌、耐高溫復(fù)合部件、制造的部件更易于后處理清潔 | 模具 風洞測試 高溫測試 電氣罩殼 汽車外殼 |
Somos ProtoGen 18120 | 透明、類似ABS | 高耐沖擊、高度精確、防潮、耐高溫材料 | 汽車部件 醫(yī)療 消費產(chǎn)品 電氣罩殼 |
Somos ProtoGen 18420 | 白色 | 耐高溫、防潮材料、制品表面清潔 | 特別適合汽車和醫(yī)療應(yīng)用。 |
Somos ProtoGen 18920 | 灰色 | 耐高溫、防潮、極高的精度和出色的表面質(zhì)量 | 汽車部件 醫(yī)療 消費產(chǎn)品 電氣罩殼 |
圖 Somos WaterShed XC 11122 打印的組合燈具（來源帝斯曼）
光固化技術(shù)
光固化技術(shù)在3d打印機方面也日益重要，其原理是聚合物單體與預(yù)聚體組成光引發(fā)劑 (光敏劑)經(jīng)過UV光(例如，250-400nm波長)照射后，引起聚合反應(yīng)，完成固化成型。光固化3D打印能夠精確的還原打印模型的細部結(jié)構(gòu)，在工業(yè)級的光固化打印機上成型的尺寸精度可以做到0.05-0.10mm/100mm，并且具有比FDM（熔融沉積打印成型）打印成型更高的表面光潔度及還原性。光固化3D打印模型僅需少許的后處理去支撐結(jié)構(gòu)作業(yè)，可應(yīng)用于原型機的結(jié)構(gòu)裝配驗證或最終制品成型。
圖 光固化SLA技術(shù)打印的航空部件原型（來源先臨三維）
DLP 與SLA 光固化打印技術(shù)
光固化3D打印技術(shù)分為DLP 打印技術(shù)和 SLA 打印技術(shù)，它們的區(qū)別在于光線投射到光敏打印樹脂的方式不同。DLP 和 SLA它們的共同點在于，打印之前都通過3D打印軟件把需要打印的3D數(shù)據(jù)模型按照打印精度需求（每層0.05mm或0.1mm不等）順序分割成有限個打印截面。3D打印機在單次打印作業(yè)周期內(nèi)完成一個單獨截面的打印，隨后打印升降臺再下降一個截面高度，進入下一個打印周期，在上一個未完全硬化的截面層上繼續(xù)打印一層。如此重復(fù)，所有打印層經(jīng)光固化并順序粘連在一起完成整個3D模型的還原成型。
DLP （Direct Light Processing）光固化打印機內(nèi)置了一個光線投射器，DLP打印機利用投影器把一整層光投射到打印物料光敏樹脂上令樹脂固化。DLP打印機在每個打印周期，都是把光線一整層投影到打印截面上，如此反覆層疊式打印最終把物件打印成型。
圖 DLP工藝原理（來源網(wǎng)絡(luò)）
SLA (Stereolithography) 3D 打印技術(shù)，不使用光線投影機，而是透過激光器把激光逐點或逐行照射到液態(tài)光敏樹脂上，將光敏樹脂逐層固化，最后得到整個物件的形狀。
圖 SLA工藝原理（來源網(wǎng)絡(luò)）
DLP和SLA 光固化打印機的主要組成元素類似，包括有可升降的打印平臺、容載液態(tài)光敏樹脂的容器、平整液面高度的刮板等。兩者的打印過程，都是當?shù)谝粚庸饷魳渲腆w化后，平臺會上升或下降一個分割截面高度，然后再用激光打印第二層，如此類推逐層層打印，最后打印成一個整體形狀。
DLP與SLA的優(yōu)劣勢比較
DLP的優(yōu)勢主要體現(xiàn)體現(xiàn)如下：
1）精度高。其在材料屬性、細節(jié)和表面光潔度方面可以媲美注塑成型塑料件。
2）速度快。由于每次投射直接成型一個面，工件的長度和寬度尺寸并不影響成型速度，成型速度僅受工件高度（Z軸長度）的影響。理論上，要比SLA快很多。
3）造價低。由于無需激光頭發(fā)射激光來固化成形，僅使用成本極低的UV-LED光源進行照射即可滿足成型要求。整個系統(tǒng)沒有噴射部件，所以沒有傳統(tǒng)成型系統(tǒng)噴頭堵塞的問題，使得維護成本大大降低。
DLP的劣勢主要體現(xiàn)如下：
1）在受數(shù)字光鏡分辨率（1080）限制，只能打印尺寸較小產(chǎn)品。（打印面積大了，精度不夠，表面顆粒大粗糙）。
2）DLP系統(tǒng)的核心數(shù)字微鏡元件DMD（Digital Micromirror Device）只有德州儀器獨家提供，某種層面上束縛了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
圖 EvoDent?艾沃德打印的牙科模型（來源艾沃德）
SLA技術(shù)的優(yōu)點：
1） 發(fā)展時間最長，工藝最成熟，應(yīng)用最廣泛。在全世界安裝的快速成型機中，光固化成型系統(tǒng)約占60%。
2） 成型速度較快，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。
3） 具有高度柔性。
4） 精度很高，可以做到微米級別，比如0.025mm。
5） 表面質(zhì)量好，比較光滑：適合做精細零件。
SLA技術(shù)的缺點：
1） 需要設(shè)計支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)需要未完全固化時去除，容易破壞成型件，DLP類似。
2） 設(shè)備造價高昂，而且使用和維護成本都不低。SLA系統(tǒng)需要對液體進行操作的精密設(shè)備，對工作環(huán)境要求苛刻，DLP類似。
3） 光敏樹脂有輕微毒性，對環(huán)境有污染，對部分人體皮膚有過敏反應(yīng)，DLP類似。
4） 樹脂材料價格貴，但成型后強度、剛度、耐熱性都有限，不利于長時間保存，DLP類似。
圖 先臨三維為吉利汽車應(yīng)用SLA+VCM打印制作的方向盤（來源先臨三維）
以下分享小編整理的部分DLP及SLA打印設(shè)備廠家名錄，如有紕漏，敬請指正：
部分DLP打印設(shè)備廠家：
3D System
Fromlabs
Sprintray
ZCorp
EnvisionTEC
Prodways
北京聞亭泰科技術(shù)發(fā)展有限公司
上海聯(lián)泰科技股份有限公司
深圳市極光爾沃科技股份有限公司
深圳市創(chuàng)想三維科技有限公司
深圳市創(chuàng)必得科技有限公司
深圳長朗智能科技有限公司
部分LSA打印設(shè)備廠家：
3D System
Formlabs
SondaSys
上海聯(lián)泰科技股份有限公司
北京金達雷科技有限公司
中瑞科技（ZRapid Tech）
上海數(shù)造機電科技股份有限公司
金華萬豪
杭州先臨三維科技股份有限公司
鄭州邁客美客電子科技有限公司
江蘇銳辰光電技術(shù)有限公司
3D打印技術(shù)被業(yè)界人士標榜為“第三次工業(yè)革命”的領(lǐng)頭羊，是我國“十三五”計劃重點支持、重點發(fā)展的新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一，科技部已經(jīng)將3D打印技術(shù)納入國家863計劃。鑒于政策的支持，2018年我國3D打印市場規(guī)模可達到22.5億美元，2022年達到80億美元左右。3D打印在消費品/電子、醫(yī)療、工業(yè)設(shè)備、汽車領(lǐng)域、航天航空等行業(yè)應(yīng)用比較廣泛。中國3D打印技術(shù)發(fā)展還面臨諸多挑戰(zhàn)，總體處于產(chǎn)業(yè)化初級階段。我們艾邦高分子，建有3D打印群，方便業(yè)界朋友溝通交流，請按二維碼申請加入：
文章參考百度百科、3D LAB STORE、先臨三維、立信三維、中國3D智造網(wǎng)、帝斯曼等，艾邦團隊整理編輯
活動推薦：
西部車用非金屬材料技術(shù)與應(yīng)用論壇
時間： 2018年10月12日
地點：四川成都 天府智選假日酒店
主辦方：艾邦高分子
支持單位：成都橡塑及包裝工業(yè)展覽會
主要議題：
主要議題 | 擬邀請嘉賓 |
熱塑性彈性體在汽車中的應(yīng)用 | 四川大學 張愛民教授 |
車用改性塑料的研究方向 | 四川大學 傅強教授 |
車用高性能聚丙烯材料的案例分享 | 南京聚隆 |
長虹模塑汽車零部件業(yè)務(wù)介紹 | 四川長虹模塑科技有限公司 |
汽車內(nèi)飾材料選擇和趨勢 | 富維安道拓汽車飾件系統(tǒng)有限公司 |
免噴涂材料在汽車上的應(yīng)用 | 業(yè)內(nèi)知名大咖 |
高性能塑料在新能源汽車應(yīng)用 | 東麗 |
非金屬材料在新能源汽車上的應(yīng)用與發(fā)展 | 待定 |
超低散低VOC發(fā)材料技術(shù)與應(yīng)用 | 待定 |
TPV在汽車輕量化和低氣味扮演的角色 | 待定 |
長纖增強熱塑性復(fù)合材料在汽車輕量化上的應(yīng)用 | 待定 |
玄武巖纖維增強材料在汽車上的應(yīng)用 | 待定 |
車內(nèi)空氣質(zhì)量最新的環(huán)保法規(guī)以及解決方案 | 待定 |
NVH材料在汽車上的應(yīng)用（非金屬材料為主） | 待定 |
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