立體光固化成型的案例
SLA立體光固化成型：一項實現3D打印領域高精度數字模型實體化的先鋒技術
隨著3D打印技術的持續優化，SLA立體光固化成型技術有望在精度、速度、經濟等方面實現全方位的提升。以期推動現有技術效率和質量的不斷改進，并開拓出新的發展方向，為各行各業注入更多創新活力。
石墨烯3D打印工藝及其應用
立體光固化成型(SLA)
立體光固化成型也稱立體平板印刷或立體光刻，是一種以光敏樹脂為打印材料的成型方式。激光束按照設計路線掃描液態光敏樹脂表面，使得光敏樹脂特定區域固化，形成模型的一層截面。而后升降臺向下移動一個微小的距離，進行新一層截面的固化，直至形成完整制件。
采用立體光固化方式成型石墨烯/聚合物基復合材料時，一般將石墨烯溶于溶劑后加入光敏樹脂中或者直接加入樹脂中混合，之后進行光固化成型。立體光固化成型打印精度很高，表面質量優異，可以成型很復雜的結構，是目前高端3D打印市場的主流技術，常用于生物支架、口腔醫學等生物醫藥領域。
立體光固化成型實例
選擇性激光燒結(SLS)
選擇性激光燒結是一種適用于粉末成型的3D打印方式，主要用于金屬和陶瓷粉末的打印，但也可用于熱塑性聚合物粉末。
向聚合物粉末中加入石墨烯，可以提高粉末的導熱性能，對于減小熱翹曲有顯著改善作用。同時，石墨烯也可以改善制件的力學性能。
目前采用選擇性激光燒結成型石墨烯/聚合物基復合材料的報道還相對較少，并且主要集中在尼龍基材料上，今后的研究可向更多的復合材料種類拓展。
展開 Nature子刊：立體光固化新工藝顯著提升3D打印微流體分辨率與精度
造成這一問題的根本原因是打印方向即Z方向上的過度固化（over-curingissue）。在打印通道頂層（channel-roof layer）及之后的層時總是難以避免地固化通道內的樹脂導致通道堵塞。
新工藝、新思路
光固化3D打印機+輔助打印平臺
新工藝的核心思路是在傳統的立體光固化打印機上增加一個輔助打印平臺作為約束平面，將至關重要的通道頂層通過兩次曝光分開打印，并原位轉印到微流體器件上。通過這種方式極大減少了通道內樹脂吸收的光能，使得總吸收能量遠低于固化所需的能量閾值，避免了過度固化導致的通道堵塞。
圖1.傳統立體光固化與IsT-VPP工藝對比
圖 2.IsT-VPP 3D打印工藝原理
研究成果
通過這種方法，研究者打印了一系列10微米級微流體通道并展示了一系列微流道應用如微流體閥，微粒篩選器等。
圖3. 3D打印微流控通道
圖 4. 3D打印微流控閥
圖5. 3D打印微粒篩選器
研究人員認為借助于高分辨率的投影儀或激光，通過IsT-VPP工藝3D打印的微流體器件精度可以媲美PDMS軟刻蝕，這將極大促進微流體器件的新設計與功能拓展。
此外，比起其他高精度立體光固化技術，南加州大學團隊的論文中展示的實驗樣機采用了低成本的405nm光源，普通的商用透明光固化樹脂可直接使用無需添加特殊的吸光劑。這意味著可用于3D打印微流體器件的材料會被極大拓展，材料研究人員可以專心于調配新材料以滿足其他需求例如生物兼容性和彈性，而不用擔心可打印性。
展開 探索智能制造前沿，3D打印技術引領行業應用與創新突破
據了解，通過與上海夢之路數字科技有限公司的合作，嘉立創3D打印技術利用其SLA立體光固化成型工藝，成功打造了一套高度仿真的教學工具，主要包括模擬電子取藥臺、模擬注射器、模擬醫用藥瓶以及模擬操作標簽等。這些工具為醫學生提供了接近真實臨床的操作環境，實際地幫助了學生提高臨床實踐能力。當然，3D打印技術也可用于生產復雜結構的假肢、牙科矯正器等醫療物品，讓更多人受益于科技進步。以上應用均充分展示了3D打印技術的多功能性和高效性。
這些行業上的創新突破，進一步驗證了3D打印技術已經成為推動社會經濟發展的重要力量。無論是加速產品概念的成功率，還是作為教學工具，3D打印都在用其獨特優勢，為社會帶來更多的便利。然而，這僅是3D打印潛力的部分展現。面對未來，我們可以期待，隨著技術的不斷創新和應用領域的拓展，3D打印將迎來更加廣闊的發展前景。
展開 
3D打印新技術：球是怎么從液體里“拉”出來的？
那么，固化的過程是如何發生的呢？下面，就讓我們來看圖說話：
在圖中，小a、小b、小c等等是一群活潑的聚合物分子，因為這些鏈狀的分子之間很容易相互移動，所以看上去是一灘黏黏的液體（有時候可能粘度很大，比如硫化前的天然橡膠，它從樹上滴下來的速度非常緩慢）。有一天惡魔把一把單純善良的固化劑混進了小兄弟里面，小兄弟活潑依舊，絲毫沒有發現危險的存在。突然有一天惡魔把這灘小兄弟連固化劑一起放進了高溫高壓的一個東西里面（一般稱為硫化機/熱壓機），然后看似無害的固化劑長出了魔爪，死死抓住了小兄弟們，一個又一個的魔爪分別抓住不同的兄弟們，產生了很多交聯結構，即使沒有了高溫高壓也不會再放開。最后小兄弟們再也不能隨便活動了，這灘液體也變成了硬硬的一塊——這就是固化過程的通（dou）俗（bi）解釋。當然也有些固化劑的固化原理是引發小分子聚合物上的基團相互反應的，這種一般被稱為引發劑。
小球怎么被“拉”出來？
在從液體里“拉”出固體的3D打印技術當中，活化固化劑的方式從熱壓變成了光，所以這種技術被稱為立體光固化成型（Stereo lithography Appearance，SLA）。這里所用到的液體材料被稱為光敏樹脂，一般是環氧樹脂或不飽和聚酯等摻雜一些對特定波長敏感的光引發劑制成的。這類技術本身也并不是什么新生事物了，它的歷史可以追溯到1984年[2]。
簡單來說，立體光固化的過程就是光照射光敏樹脂表面，使其固化成薄薄的一層固體，已經固化完成的部分被一塊基板黏附著，逐漸與光照射面拉開一定距離（通常是每次移動十幾個微米），然后在上一層固化樹脂的基礎上再進行下一層的照射和固化。經過層層固化疊加之后，最終就形成一個完整的立體結構。
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△美國西北大學《Science》雜志文章
通常情況下，立體光固化成型 (SLA) 技術使用的光固化液體樹脂使用激光、投影儀或LED屏幕的紫外線固化。與熔融沉積成型(FDM) 相比，SLA打印機可以打印更精細的細節，并且成品沒有FDM產品那種特征沉積線。但是，SLA有一些缺點。當前光固化3D打印技術速度提升的主要限制因素是熱量。光反應聚合是一個高度放熱的過程，打印機在高速運行時會產生大量熱量，這不僅會導致危險的高溫表面溫度，還會導致打印零件的破裂和變形。速度越快，打印機產生的熱量就越大。又大又快的機器，發熱量會非常高。
△HARP技術
還有，家庭打印機通過使用氟化乙烯丙烯 (FEP) 薄膜來防止硬化的光固化液態樹脂粘附在LED屏幕上。然而，打印品的每一層都需要從FEP機械移除，這會產生吸力，反過來又會導致模型與打印床分離。降低打印床的提升速度會降低吸力效果，但會顯著增加打印時間。一些新技術使用氣態氧在打印件和樹脂槽底部之間創建死層，消除了以前的FEP系統引起的抽吸問題。這加快了打印時間，但卻加劇了熱量積聚。氣態氧實際上充當熱絕緣體，聚集了熱量，最終嚴重限制打印尺寸和速度。
△HARP技術的3D打印過程
西北大學的團隊在使用流動的不混溶氟化油床時找到了熱量積聚問題的答案，通過類似于液體特氟龍不粘液體繞過了這個問題。HARP通過窗口投射光線固化垂直移動的成型臺板上的樹脂。液體聚四氟乙烯在接口上流動，除去熱量，然后通過冷卻單元進行循環。類似于下雨天打滑汽車的效果，流動的油在樹脂和紫外線光源之間，這樣在打印過程中Z軸方向就不必做上下往返運動來去除粘力。這實現了更快的非粘附打印與連續液面打?。ê虲arbon打印技術原理一樣），速度上也提高了一百倍。同時，油沒有起到熱絕緣體作用。
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