立体光刻 (SLA)：3D 打印技术、材料和优势综合指南

SLA（立体光刻）是最早商业化的 3D 打印技术之一。它采用丙烯酸或其他树脂，必须使用紫外线 (UV) 激光进行固化。该技术已以各种方式被重新诠释。它的材料选择也显着增加——您现在可以找到刚性、柔性、耐热、耐化学、生物相容性和其他树脂选项。 Xometry 立即引用了该工艺，并且自 2018 年以来一直这样做。这是我们最受欢迎的 3D 打印工艺之一。

SLA 流程采用组件的 3D 模型并将其渲染为固体塑料。计算机模型首先被数字化地“切片”成层，这样打印机就可以有条不紊地将每个切片与之前的切片粘合在一起。 SLA 机器打印原型零件、测试组件、医疗辅助工具、工具、化妆品测试件等等。

本文提供了对 SLA 技术的优势、材料、应用等的背景了解。

什么是 SLA 3D 打印？

SLA是一种利用扫描紫外激光固化光敏树脂表层的3D打印工艺。树脂在浴中提供，并且在绝大多数 SLA 机器中，零件都是倒置制造的。对于每一层，构建板都会向上移动，使部件看起来好像是从液体聚合物中生长出来的。机器还必须打印必要的支撑结构以支撑设计中的悬垂部分。 

该过程中使用的紫外线敏感光聚合物统称为“树脂”。它们是光催化丙烯酸单体，在暴露于紫外线激光时会发生交联。这一原理允许机器创建与激光束宽度一样小的细节。 

SLA 模型有时会在部分固化的状态下打印。这些模型需要以额外的紫外线暴露形式进行后处理，以完成交联过程。这一额外的工艺步骤有助于消除由于紫外线光束的反向散射和衍射而未完全固化的部分固化树脂。无论是否进行后固化，打印完成后都必须清洗所有部件，以去除表面树脂。清洗通常在异丙醇浴中进行。随后移除打印的支撑支架。

有关更多信息，请参阅我们有关 3D 打印的所有内容的文章。

SLA打印标签

什么是SLA 3D打印光源？

SLA 3D 打印光源是紫外激光器，充当立体光刻机的固化机构。该光源根据树脂中使用的催化剂进行精确调节。然而，不同的制造商使用不同的波长。最常见的 SLA 激光器是 395 µm 波长激光二极管系统。它在准直直径约为 300 µm 的光束中产生 300-500 mW 的功率。在某些设备中还可以找到各种其他激光光源，并带有适合其频率范围的催化剂。其他类型的紫外光源用于全层立体光刻。这些灯采用由微型镜子制成的投影仪（在数字光处理或 DLP 打印机的情况下）或 LCD 掩模（通常称为掩模立体光刻或 MSLA）。

SLA 3D 打印用在什么地方？

SLA 3D 打印用于以下应用：

• 原型设计： 由于 SLA 打印部件可以包含精细的细节，因此可以用作工程测试模型。
• 制造： SLA 为不需要太多抗压能力的情况创建功能部件。
• 工程和产品设计： SLA 零件可以手工完成和喷漆，以创建高质量的预加工原型。
• 珠宝： SLA 机器可以为珠宝商制作化妆品测试品。
• 牙科工作： SLA 可以制造各种牙科产品，包括软组织、牙齿、骨植入材料以及用于聚氨酯和硅胶成型的铸腔。
• 医疗保健： SLA 流程可以使用特殊材料制造医疗植入物。

SLA 以及碳 DLS 和 PolyJet 3D 打印使用光固化液体树脂而不是粉末或长丝。每层都涂有一层非常薄、非常均匀、完全致密的液体树脂。因此，即使层厚相同，SLA 打印件的表面光洁度也会更加光滑，不会出现挤压痕迹或粉状表面层。

克里斯蒂安·津劳恩

团队负责人，手动报价

SLA 3D 打印使用哪些材料？

SLA 3D 打印机可以使用以下材料进行打印：

1. 通用丙烯酸树脂： 这些材料有各种韧性和透明度。
2. 柔性聚氨酯弹性体： 用于柔性零件。
3. 硬质聚氨酯： 它们具有良好的外观价值，比通用材料更耐用，非常适合产品试用或原型件。
4. 刚性树脂 ：它们具有化学稳定性和热稳定性，适合工程测试部件。
5. 牙科和医用树脂： 这些树脂具有医疗安全性，可实现更快的构建、高质量的饰面以及护齿套、夹板等透明物品。
6. 防静电树脂： 这些树脂适合制作静电安全的制造夹具。

采用 Accura Xtreme Grey 材料制成的 SLA Xometry 徽标

第一次使用 SLA 3D 打印是什么时候？

SLA 3D 打印最早由 Hideo Kodama 在 20 世纪 80 年代发明。他是第一个使用紫外线固化聚合物从未固化的树脂浴中“打印”塑料薄片的人。 1984 年，查克·赫尔 (Chuck Hull) 将这一工艺命名为立体光刻 (stereolithography) 并获得了专利。该专利通过分层顺序、相互粘合的对象“切片”来保护“创建 3D 对象的方法”。

该机器的紫外激光有助于以严格的分辨率制作精确的细节。它扫描树脂池的表面，诱导材料内的交联。 SLA 代表了第一个成功使用分层切片的增材制造工艺。该技术于 80 年代中后期在 3D Systems 公司的领导下被推向市场。

SLA 3D 打印的工作原理

SLA 3D 打印的工作原理是在 X-Y 平面上移动 UV 激光。紫外线触发液态单体树脂中的催化剂。印刷板从树脂池的表面开始，激光撞击树脂和固体板表面的区域然后聚合并固定到构建板上。当该“层”完成后，打印平台板向上移动，使下一层能够将其自身固定到前一层上。通过重复此过程，该部件将看起来从液池中生长出来。打印通常从零件的底部开始，并且零件是颠倒打印的。 

拆卸后，必须清洗零件以除去任何未固化的树脂。然后可以切掉任何支撑脚手架元件。 

SLA打印的打印参数是什么？

SLA 机器的打印参数通常由制造商固定。只能更改零件方向和层高。下面的表 1 显示了两种常见 SLA 打印机方向的比较：

设置 自下而上 SLA 打印机（桌面） 自上而下 SLA 打印机（工业）

设置

典型层高

自下而上 SLA 打印机（桌面）

25至100微米

自上而下 SLA 打印机（工业）

25至150微米

设置

尺寸精度

自下而上 SLA 打印机（桌面）

±0.5%（下限：±0.010～0.250mm）

自上而下 SLA 打印机（工业）

±0.15%（下限：±0.010～0.030mm）

设置

构建尺寸

自下而上 SLA 打印机（桌面）

最大 145 x 145 x 175 毫米

自上而下 SLA 打印机（工业）

最大1500 x 750 x 500mm

表 1. SLA 打印机特性

SLA 3D 打印有何不同？

SLA 与其他 3D 打印系统和工艺的区别在于其材料范围广泛，具有非常多样化的特性和外观品质。自首次出现在市场以来，SLA 材料已得到显着改进和多样化。 SLA 的另一个显着因素是其表面光洁度——行业最高标准之一。最大的 SLA 机器是为汽车行业设计的，可以制造全身面板、仪表板等。

SLA 后处理有哪些选项？

SLA 后处理首先去除未固化的“湿”树脂。自下而上的打印机必须在后处理之前排空，而自上而下的设备则不需要这样的延迟。然而，在这两种情况下，都必须清洗零件以除去任何残留的液体。尽管手动喷漆室清洗仍然很常见，但市场上也有针对此清洗阶段的自动解决方案。有些树脂需要在紫外线辐射下进行额外的后固化。完成后，支撑脚手架将被手动或通过自动化设备移除。此时，模型通常被认为是完整的。任何进一步的处理（例如打磨或喷漆）通常都是为了改善零件的外观。

SLA 3D 打印有哪些优势？

SLA 3D 打印具有广泛的优势。这些如表2所示：

好处

好处

材料特性

SLA 具有多种材料特性，具体取决于供应商。

好处

灵活性

很少有 3D 打印工艺可以提供伪弹性体材料，但 SLA 是一个不错的选择。 

好处

零件表面光洁度

SLA 生产的零件具有出色的表面光洁度。它们适合高规格饰面，并且易于接受油漆。

好处

零件细节精致

只要选择正确的设备、树脂和服务提供商，SLA 就有利于精细细节。小至 0.1 毫米的特征很容易实现。

好处

分辨率均匀性

SLA 在 Z 轴上具有高分辨率，但在 X-Y 轴上分辨率较低。谨慎选择流程和构建方向非常重要。

好处

复杂零件生产

SLA可以精确地复制复杂零件。

好处

曲面

曲面上的 Z 步几乎无法检测到。

好处

打印流程

假设整个部件沿打印机的 Z 轴不太高，打印过程会很快。

表 2.SLA 3D 打印优势

SLA 3D 打印有哪些缺点？

SLA 机器的缺点如表 3 所示：

缺点 描述

缺点

零部件成本高

说明

打印树脂成本为每升 200 美元。

缺点

耐磨性

说明

大多数 SLA 材料在磨损或静摩擦情况下表现不佳，因此不应将它们用于移动组件。高强度SLA材料更好，但成本更高。

缺点

设备成本高

说明

工业 SLA 机器的成本为 200,000 美元，而功能较差的台式机起价为 3,750 美元。

缺点

基于激光的系统

说明

基于激光的系统需要非常仔细的安全监控和培训。

缺点

机器维护要求高

说明

激光器和液态树脂使得机器维护要求很高或具有挑战性。

缺点

分辨率不同

说明

由于 X-Y 平面上的分辨率与 Z 轴上的分辨率不同，因此一些精细细节可能无法正确显示。

缺点

选择性材料特性

说明

由更简单和更常见的树脂制成的零件往往很脆，并且在稳定负载下可能会蠕变。

表3. SLA 3D打印的缺点

SLA 3D 打印适合您的组件或项目吗？

在大多数情况下，答案是肯定的。 SLA 3D 打印适合各种各样的项目。操作员必须简单地选择适合工作的材料。但选择3D打印技术是一个艰难的过程；许多样式具有重叠的要求和功能。 SLA 最适合需要光滑表面、精细细节和高分辨率的零件。

摘要

Xometry 提供广泛的制造能力，包括立体光刻 (SLA) 3D 打印服务和增值服务，满足您的所有原型设计和生产需求。立即请求即时报价。

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迪恩·麦克克莱门茨

Dean McClements 是机械工程荣誉学士学位毕业生，在制造业拥有二十多年的经验。他的职业生涯包括在 Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace 和 Hyster-Yale 等领先公司担任重要职务，在那里他对工程流程和创新有了深入的了解。

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