什麼是立體光刻 (SLA) 3D 列印？

立體光刻（SLA）是快速成型領域常用的3D列印技術之一。本技術以光敏樹脂為原料。本文將闡述立體光刻3D列印的基本原理，詳細介紹其工作原理、完整的工藝流程以及適用材料。

立體光刻（SLA）概述

立體光刻（SLA）是最早開發的快速成型技術之一，也是當今研究最深入、最成熟、應用最廣泛的快速成型技術之一。

立體光刻技術以光敏樹脂為原料。它將特定波長和強度的雷射（紫外光）聚焦到光敏材料表面。這使得材料從點到線、從線到面依序固化，完成一層截面的繪製。然後，建造平台沿垂直方向升高或降低一個層厚，對下一層進行照射和固化。如此循環往復，層層堆疊，最終完成三維實體零件的列印。

立體光刻原理

立體光刻技術最早由美國麻省理工學院的查爾斯·赫爾於1986年成功研發，並於1987年獲得專利。它是最早出現的3D列印技術，也是目前最成熟、應用最廣泛的3D列印技術。此技術主要以光敏樹脂為原料，利用紫外線雷射裝置在電腦控制下逐層固化。 SLA製程能夠以簡單、快速、全自動的方式列印出表面品質高、尺寸精度高、幾何形狀複雜的原型。

立體光刻的列印效果不僅受列印設備的影響，而且很大程度取決於感光樹脂材料的性能。所用列印材料必須具有合適的黏度，固化後需要具備一定的強度，並且在固化過程中和固化後的收縮和變形應盡可能小。更重要的是，為了實現高速、高精度的列印，感光樹脂必須具有適當的感光性能，需要在相對低能量的照射下完全固化，並且樹脂的固化深度也應合適。

SLA的工作原理如圖所示。在電腦控制下，紫外線雷射組件根據設計模型分層截面的數據，逐點掃描並照射液態光敏樹脂表面。這使得照射區域內的薄層光敏樹脂發生聚合反應並固化，從而形成一層固化的列印層。完成一層截面的固化後，列印平台沿著Z軸下降一個層厚。由於液體的流動特性，列印材料會在先前固化的樹脂表面自動形成新的液態樹脂層。因此，照射組件可以直接對下一層進行固化操作。新固化的層與先前固化的部分牢固結合。照射和下降的過程循環往復，直到整個零件列印完成。然而，列印完成後，原型仍需從樹脂中取出並進行後固化處理。最終產品可透過強光照射、電鍍、噴漆或著色等處理取得。

需要注意的是，由於某些光敏樹脂材料的黏度非常高，在每一層光照固化後，液面難以在短時間內快速流平，這會影響列印模型的精度。因此，大多數SLA設備都配備了刮刀。每次列印平台下降後，刮刀都會進行刮削操作，使樹脂能夠均勻地塗覆到下一層。光固化後，可以獲得更高的精度，最終列印產品的表面也更加光滑平整。

SLA技術的特點是精度高、表面品質好、原料利用率接近100%。它可以列印形狀特別複雜、細節非常精細的零件，非常適合小型零件的快速原型製作。然而，其缺點是設備和列印原料的價格都相對較高。

目前，SLA技術主要用於製作模具和模型。透過在原料中添加其他成分，它還可以取代熔模鑄造中的蠟模。雖然SLA技術具有列印速度快、精度高的優點，但由於列印材料必須基於光敏樹脂，而光敏樹脂在固化過程中不可避免地會產生收縮，從而導致應力或變形，因此，目前推廣這項技術的主要困難在於迫切需要收縮率小、固化速度快、強度高的光敏材料。

立體光刻工藝

立體光刻（SLA）技術流程一般可分為四個階段：預處理、原型製作、清洗和固化處理。

1. 預處理階段主要涉及列印模型的資料準備工作。具體包括CAD設計模型的資料轉換、確定放置方向、增加支撐以及分層切片等步驟。
2. 立體光刻製程是SLA設備的實際列印過程。正式列印前，通常需要預先啟動SLA設備，使光敏樹脂原料的溫度達到預設的合理溫度。啟動紫外線雷射也需要一定時間。
3. 清洗模型主要包括擦去多餘的液態樹脂，移除並修剪原型的支撐結構，以及打磨逐層固化形成的階梯紋理。
4. 對於各種立體光刻方法，通常需要進行後固化處理，例如使用紫外線烘箱進行整體後固化處理。

立體光刻技術的特點

立體光刻技術的優點在於成型速度快、原型精度高，非常適合製造尺寸小、精度高、結構複雜的工件。

然而，立體光刻快速成型技術也有兩個缺點。首先，光敏樹脂原料具有一定的毒性，操作人員在使用時必須採取防護措施。其次，立體光刻成品雖然整體外觀效果極佳，但材料強度仍無法與實際製造的產品相提並論。這極大地限制了該技術的發展，使其應用主要局限於原型設計驗證。後續仍需經過一系列加工步驟才能轉化為工業級產品。

SLA技術的設備成本、維護成本和材料成本遠高於其他技術。 熔融沈積建模（FDM） 以及其他技術。因此，基於立體光刻技術的3D列印機目前主要應用於專業領域，桌上型電腦級應用仍處於起步階段。

具體而言，SLA列印技術的優點如下：

• SLA技術出現較早，經過多年的發展，技術成熟度很高。
• 列印速度快，光敏反應過程方便，產品生產週期短，無需切割工具或模具。
• 列印精度高，能夠列印出傳統技術難以製作的複雜結構或形狀的原型和模具。
• 該軟體功能齊全，支援線上操作和遠端控制，有利於生產自動化。

與其他列印技術相比，SLA技術的缺點是：

• SLA 設備通常價格昂貴，使用和維護成本也很高。
• 它需要對有毒液體進行精確操作，並且對工作環境有嚴格的要求。
• 由於材料限制，目前可用的材料大多是樹脂。這使得列印產品的強度、剛性和耐熱性非常有限，不適合長期儲存。

SLA列印材料

SLA技術適用於多種樹脂材料。可根據零件的最終用途選擇材料，例如耐熱性、表面光潔度或耐磨性。樹脂價格差異很大。標準材料的價格約為每公升70元人民幣，而特殊材料，例如澆注樹脂或牙科樹脂，價格約為每公升500元人民幣。

容差和容量

在 Getzshape，我們 3D打印服務 我們涵蓋四大主要技術：SLA、SLS、SLM 和 FDM。我們的 SLA 3D 列印公差和產能如下所示。

SLA列印組件的表面處理

• 三鼎：這是列印零件表面處理的一個基本且重要的步驟。它使用不同粒度的砂紙去除可見的層紋，使表面更加光滑。
• 油漆首先，將表面打磨光滑。然後塗上底漆，以增強油漆的附著力。之後，噴塗或刷上色漆。塗裝可以完全遮蓋層紋，使零件呈現美觀的色彩，並使表面看起來光滑。它廣泛應用於展示模型、原型和最終產品。
• 拋光使零件表面光滑閃亮。經過基礎打磨後，使用專用拋光劑或工具對錶面進行拋光。此過程可去除細小刮痕，使零件呈現光澤。

立體光刻技術的應用

在各種快速成型技術中，立體光刻（SLA）快速成型技術因其高度的製程自動化、良好的表面品質、較高的尺寸精度以及能夠製造精細複雜的幾何特徵等優點，已成為應用最廣泛的方法之一。

SLA技術廣泛應用於概念設計溝通、小批量精密熔模鑄造、產品建模、快速模具製造和直接模具製造等領域。它已在航空航太、汽車、電器、消費品和醫療器材等產業中廣泛使用。

航太

在航空航太領域，SLA 模型可用於風洞試驗、可製造性驗證和組裝驗證。

航空航天零件通常是高度複雜的系統，需要在有限的空間內運作。透過採用立體光刻技術，工程師不僅可以基於SLA原型進行組裝干涉檢查，還可以進行可製造性評估，從而確定最佳製造流程。

借助快速熔模鑄造、快速砂型鑄造及相關技術，SLA 還可以支援渦輪機、葉片和葉輪等高度複雜部件的單件或小批量生產，以及發動機部件的原型製造和測試。

在航空航太工業中，許多引擎零件都是透過鑄造製程製造的。使用傳統的數控加工來生產高精度母模既昂貴又耗時。而利用立體光刻（SLA）技術，可以直接根據CAD數位模型生產熔模鑄造母模，從而顯著縮短生產週期並降低製造成本。

只需幾個小時，即可直接從 CAD 模型產生適用於熔模鑄造的複雜且低成本的 SLA 母模。

SLA快速成型技術也可用於製造各種彈丸或飛彈外殼。安裝感測器後，這些模型可直接進行風洞測試。該方法省去了製造複雜曲面模具的成本和時間，使工程師能夠更有效率地評估多種設計方案，並確定最佳空氣動力學解決方案。

因此，在整個產品開發過程中，驗證週期和整體開發成本可以顯著降低。

此外，採用SLA技術製造的全尺寸導彈模型可以進行表面塗層處理，從而清楚地展示導彈的外觀、結構和工作原理。與傳統的電腦模擬或工程圖相比，這些實體模型提供了更有效的視覺化和展示能力，同時也允許在批量生產之前進行可製造性和組裝性評估。

汽車業

SLA技術也應用於汽車製造、模具製造、電子產品製造和鑄造業。

汽車產業的特點是多車型生產和研發週期短。為了滿足不斷變化的生產需求，車輛設計必須持續更新和最佳化。

儘管現代電腦模擬技術可以進行與功率、強度和剛度相關的分析，但在產品開發過程中仍需要物理原型來驗證外觀、工具可及性、組裝可行性和拆卸性能。

對於形狀和結構高度複雜的組件，SLA 技術可用於製造功能原型，以驗證設計者的概念，同時支援功能測試和組裝驗證。

SLA技術也被廣泛應用於引擎流動分析研究。流動分析技術用於確定複雜部件內部液體或氣體的流動模式。將透明原型模型安裝在測試平台上，使含有細小顆粒或氣泡的液體在流動通道中循環，以觀察流動行為。

這項技術已成功應用於以下領域的研究和開發：

• 發動機冷卻系統
• 氣缸蓋
• 水套
• 進氣歧管
• 排氣歧管

傳統製造方法耗時費力、成本高昂，精準度往往不足。相較之下，SLA技術結合CAD建模，只需4-5週即可完成，同時成本也降低至傳統方法的三分之一左右。

此外，產生的透明模型可完全滿足汽缸蓋和水套等零件的 CAD 尺寸要求，同時還能達到所需的表面品質。

除了上述應用之外，SLA快速成型技術還可以與以下技術整合：

• 逆向工程
• 快速成型技術
• 原型製造技術

適用於以下應用：

• 汽車車身設計
• 前後保險桿原型開發
• 內門板原型製造
• 功能和結構原型驗證
• 賽車零件生產

熔模鑄造

在鑄造生產中，製造模型、型芯盒、蠟模和壓鑄模具傳統上依賴機械加工工藝，通常需要熟練技術人員進行手工精修。

對於幾何形狀非常複雜的鑄件，模具製造變得特別困難。

雖然一些大型鑄造廠配備了先進的CNC工具機和仿形銑削設備，但設備本身價格昂貴，加工週期長，而且由於軟體支援有限，編程仍然很困難。

快速成型技術的出現為鑄造業提供了一種能夠實現以下目標的解決方案：

• 更快的模俱生產
• 更高的尺寸精度
• 更複雜的幾何形狀

從而顯著提高鑄造模具製造能力。

藝術與創意

由於其優異的表面品質、高尺寸精度以及能夠製造複雜的結構細節，SLA 技術也被廣泛應用於藝術和創意領域。

目前，立體光刻技術廣泛應用於：

• 藝術創作
• 文物複製
• 數位雕塑
• 創意手工藝品生產
• 動畫模型製作
• 創意文化產品開發

真空鑄造用母模

真空鑄造 過程 對於小批量注塑零件的生產而言，SLA技術是一種經濟實惠的替代方案。通常，SLA列印的組件用作母模，然後基於這些母模製作矽膠模具。之後，將聚氨酯（PU）材料澆注到矽膠模具中，即可製造出複製的零件。

真空鑄造零件的品質很大程度上取決於原始母模的品質。可以透過對SLA原型進行表面紋理或其他表面處理，來模擬最終產品的外觀和精細的表面特徵。矽膠模具能夠精確地複製母模的細節和紋理，從而使複製零件獲得高度一致的表面光潔度和外觀。