光固化發(fā)展歷程

光固化技術(shù)可以追溯到1977年，美國的Swainson提出使用射線來引發(fā)材料相變，制造三維物體。由于資金問題，該項(xiàng)目于1980年終止。同樣的研究于1984年在巴特爾實(shí)驗(yàn)室（Battelle Laboratories）展開，該研究項(xiàng)目被稱為光化學(xué)加工（Photochemical Machining）。盡管當(dāng)時(shí)政府為這項(xiàng)技術(shù)提供了完善的實(shí)驗(yàn)室硬件支撐，但是沒能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化。燒結(jié)好的制件經(jīng)熱等靜壓處理，可使零件的相對密度達(dá)到99．9%。

SLS原理

選擇性激光燒結(jié)（Selective Laser Sintering, SLS）技術(shù)由美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的C.R. Dechard發(fā)明，主要是利用粉末材料在激光照射下高溫?zé)Y(jié)的基本原理，通過計(jì)算機(jī)控制光源定位裝置實(shí)現(xiàn)精l確定位，然后逐層燒結(jié)堆積成型。如果打印機(jī)的構(gòu)建區(qū)域可以容納10個(gè)部件，則這10個(gè)部件可以同時(shí)構(gòu)建。

SLS的工作過程與3DP相似，都是基于粉末床進(jìn)行的，區(qū)別在于3DP是通過噴射粘結(jié)劑來粘結(jié)粉末，而SLS是利用紅外激光燒結(jié)粉末。先用鋪粉滾軸鋪一層粉末材料，通過打印設(shè)備里的恒溫設(shè)施將其加熱至恰好低于該粉末燒結(jié)點(diǎn)的某一溫度，接著激光束在粉層上照射，使被照射的粉末溫度升至熔化點(diǎn)之上，進(jìn)行燒結(jié)并與下面已制作成形的部分實(shí)現(xiàn)黏結(jié)。當(dāng)一個(gè)層面完成燒結(jié)之后，打印平臺(tái)下降一個(gè)層厚的高度，鋪粉系統(tǒng)為打印平臺(tái)鋪上新的粉末材料，然后控制激光束再次照射進(jìn)行燒結(jié)，如此循環(huán)往復(fù)，層層疊加，直至完成整個(gè)三維物體的打印工作。根據(jù)以上特征，目前市場上主要的FDM材料包括ABS、PLA、PC、lPP、合成橡膠等。

高分子材料的燒結(jié)

在高分子材料中，經(jīng)常使用的材料包括聚碳酸酯（PC）、聚苯l乙烯粉（PS）、ABS、尼龍（PA）、尼龍與玻璃纖維的混合物、蠟等。高分子材料具有較低的成形溫度，燒結(jié)所需的激光功率小，熔融黏度較高，沒有金屬粉末燒結(jié)時(shí)較難克服的“球化”效應(yīng)，因此，高分子粉末是目前應(yīng)用較多也是應(yīng)用較成功的SLS材料。目前，SLS發(fā)明人Dechard組建的美國DTM公司的產(chǎn)品中，已經(jīng)商業(yè)化的金屬粉末產(chǎn)品有以下幾種：RrapidSteel1。

尼龍材料因具有強(qiáng)度高、耐磨性好、易于加工等優(yōu)點(diǎn)使其在SLS 3D打印領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，可以在尼龍材料中加入玻璃微珠、碳纖維等材料，從而提高尼龍的機(jī)械性能、耐磨性能、尺寸穩(wěn)定性能和抗熱變形性能。