立体平板印刷(三维分层)工作原理

立体平板印刷(三维分层)工作原理

立体平板印刷又称为三维分层或三维印刷，它只需几个小时的时间即可根据CAD绘图制造出三维（3-D）实心塑料物件。不论您是检验零件是否合格的机械工程师，还是要为某项发明制造塑料模型的发明家，立体平板印刷都为您提供了一种将CAD绘图转变为实体物件的快捷方式。

三维印刷是我们所处时代的一个明显的标志。在过去，要制造某个零件的模型需要花费数月之久的时间，而如今在几个小时之内便可完工。只要您能构思出某项产品，就可以在两天后拿到它的工作模型！在本篇博闻网文章中，我们将介绍立体平板印刷服务机构PT CAM（Piedmont Triad Center for Advanced Manufacturing），以使您了解这一服务中所涉及的方方面面。在此过程中，您还会看到一些用此技术制造的真实的三维模型！

立体平板印刷机

PT CAM使用的立体平板印刷机是用三维系统制造的，如下图所示：

PT CAM的三维系统立体平板印刷机

这种印刷机包含四个重要的部件：

• 一个装有十几升液态感光树脂的池。感光树脂是一种干净的液态塑料。
• 一个浸泡在池中的孔状平台。在印刷过程中，此平台可以在池内上下移动。
• 一个紫外线激光器
• 一台驱动激光和平台的计算机

感光树脂对紫外线光十分敏感，当激光射在感光树脂上时，树脂将凝固。

如果您站在立体平板印刷机（SLA）的旁边，便可以亲眼看到激光构造每一层的过程。这个小MPEG文件将向您演示激光是如何构造模型的一小部分的。

立体平板印刷过程

基本印刷过程如下：

• 您在CAD程序中设计物件的三维模型。
• 有一种软件会将您的CAD模型切分为很多薄薄的层，通常是每毫米5到10 层。
• 三维印刷机的激光会曝光池中的液态塑料并加以固化，以此来“描绘”第一个层。
• 平台在池中滴入一滴液态塑料，使其厚度仅为一毫米的几分之一，然后由激光描绘另一个层。
• 这个过程会逐层不断重复，直至产品成型。

整个的制作过程比较缓慢。根据要制造的物件的大小和数量，激光可能需要一到两分钟才能完成一层。一般而言，这个过程可能需要6到12个小时。如果是较大的物件，完成此过程可能需要几天的时间（对于上面显示的印刷机，它可以处理的最大尺寸是三维都是25厘米的物件）。

这是一个典型的CAD绘图，正准备用三维印刷机来呈现。图中的物件是PT CAM要向游客赠送的塑料钱夹。请注意，当前正在制造的是将钱夹与托盘分离并对钱夹提供支持的支座（显示为红色）。印刷机的每个印刷过程大约可制造50个这样的钱夹。

首先，您要在CAD程序中创建物件的三维设计。制造前需要对设计进行调整，即用一个支座将设计从托盘上略微托起，并装上制造过程中需要的任何支架。接下来，SLA会自动（无需看守）呈现该物件。此过程完成后，SLA会升起平台，您将得到最终的三维物件。如果物件较小，则可以根据需要一次制造多个。它们会全部座落在托盘上，彼此相邻。

印刷过程开始之前处于感光树脂池中的平台。

下图显示了制造过程结束后的托盘，此过程同时制造了多个完全相同的物件：

印刷过程结束时的平台，此处显示了多个完全相同的物件。

印刷过程结束后，需要用一种溶剂来漂洗这些物件，然后在紫外线烤箱中将它们“烘干”，以便使塑料彻底固化。

用来固化成型物件的紫外线“烤箱”。

使用立体平板印刷能制造什么

利用立体平板印刷，可以制造出您能想象到的任何三维造型。如果您能将想象出的造型转移到CAD程序中，一般就可以将其制造出来。在制造过程中，唯一需要注意的问题是要保持造型的结构完整。有时，您需要向设计中添加内部支架，以防造型在印刷或固化阶段出现褶曲。

下图显示了PT CAM制造的一个典型物件。此物件很轻，并具有聚苯乙烯塑料的强度。您可以随意处置它，包括将它固定或在它上面钻孔等，以便在实际应用中体验它的效果。例如，一家座椅制造商会使用立体平板印刷来制造各种扶手造型，然后在实际的座椅上感受这些扶手的舒适程度。

下图是一个引擎歧管的近照：

立体平板印刷的成本

立体平板印刷成本颇高。在美国，印刷机本身通常标价在25万美元以上。由于聚合物及其溶剂会产生大量的烟，因此必须将这种印刷机放在通风良好的环境中。聚合物本身也是极其昂贵的。CibaTool SL5170树脂是立体平板印刷中一种常用的感光树脂，其价格一般在每升200多美元。这就是为什么我们很少在小公司中看到立体平板印刷机的原因。

不过，有些服务机构专门为小型工厂和个人提供立体平板印刷服务。例如，PT CAM就提供立体平板印刷服务，其报价为每小时55美元，公司客户还能以每小时30美元的低价来购买多个时段。这个价格并不便宜，但与自己购买立体平板印刷机（SLA）和树脂或制造零件相比，也算是相当廉价了。您可以用电子邮件将CAD设计发送给PT CAM公司，该公司一般会在一到两天的时间内将零件发运给您。交付周期短是立体平板印刷的一个最诱人之处！

这里要特别感谢Joel Leonard、Jerry Watkins和Steve Oneyear，他们在本文的撰写过程中提供了不可或缺的帮助。