UV光固化技术在3D打印中的应用

“中国的光固化3D打印行业，将有望迎来一个高速时代！”

UV光固化技术在3D打印中具有显著的应用前景，其基本原理是利用紫外光照射液态光敏树脂，引发化学反应使其迅速固化，从而逐层构建出三维实体模型。这种技术因其高精度、快速打印和环保等优势，广泛应用于工业设计、医疗、建筑等领域。

UV光固化3D打印技术主要包括立体光固化（SLA）和数字光处理（DLP）等三种形式，其中SLA技术适用于较大体积的打印，而DLP技术则以更高的打印速度和精度著称......

一、SLA（立体光刻技术）

光固化立体光刻技术(SLA)是3D打印领域的一项重要技术，其工作原理基于激光诱导的光聚合反应。这项技术利用特定波长和强度的激光聚焦照射光敏树脂表面，通过点到线、线到面的方式逐步固化材料，最终形成三维实体。SLA技术的核心优势在于其高精度和优异的表面质量，这使得它在众多3D打印技术中脱颖而出。

SLA技术的工作流程通常包括以下步骤：

CAD模型设计：使用计算机辅助设计(CAD)软件创建3D数字模型。

模型切片：将3D模型分割成多个薄层，确定每个层面的打印路径。

树脂填充：将光敏树脂倒入打印平台下的容器中。

层层固化：激光按预定路径照射树脂表面，逐层固化形成物体。

后处理：清洗未固化树脂，进行二次固化增加强度。

SLA技术在多个领域展现出独特优势：

最新的研究成果包括开发长期稳定的高性能材料，如新型阻燃材料Accura?AMXToughFRV0Black，这类材料不仅具有优异的机械性能，还满足严格的阻燃要求，进一步扩大了SLA技术的应用范围。

二、DLP（数字光处理技术）

另一个数字光处理技术(DLP)作为一种先进的3D打印技术，在光固化3D打印领域占据重要地位。与传统的立体光刻(SLA)技术相比，DLP技术具有独特的优势和特点，特别适用于需要快速成型和大规模生产的应用场景。

DLP技术的核心组件是数字微镜装置(DMD)，这是一种由数以万计的微小镜片组成的精密设备。每个镜片都可以独立控制，通过反射或阻挡光线来实现图像的投影。这种设计使得DLP技术能够一次性固化整个树脂层，大幅提升了打印速度。

DLP技术的工作原理如下：

使用投影仪将光投射到打印材料（通常是光敏树脂）上

投影仪根据3D模型的切片数据，逐层固化材料

每个切片完成后，打印平台下降一定距离，准备下一层面的固化

重复上述过程，直到完成整个3D模型的打印

DLP技术的优势主要体现在以下几个方面：

打印速度：由于一次性固化整个层，DLP技术的打印速度远高于SLA技术。这对于需要快速原型制作或大批量生产的情况尤为重要。

分辨率：DLP技术可以实现高分辨率打印，通常能达到25-50微米的层厚。这使得DLP技术特别适合制作精细的模型和零件。

材料兼容性：DLP技术可以使用多种类型的光敏树脂，包括刚性、柔性和功能性材料。这为不同应用领域提供了广泛的材料选择。

成本效益：相对于SLA技术，DLP设备的成本较低，维护也更为简便。这使得DLP技术在中小型企业中得到了广泛应用。

DLP技术在3D打印领域的应用主要集中在以下几个方面：

珠宝制造：高精度和细节表现力强

牙科医疗：精确度高，适合制作牙齿模型和矫正器

工业设计：快速原型制作，缩短产品开发周期

文化创意：复杂造型能力强，适合艺术品创作

尽管DLP技术在许多方面表现出色，但仍存在一些局限性。例如，由于投影仪的分辨率限制，DLP技术在处理极细微特征时可能不如SLA技术精确。此外，DLP技术的打印体积通常受到投影仪和树脂槽尺寸的限制，可能不适合制作超大型零件。

随着DMD技术的进步和新材料的开发，DLP技术有望在3D打印领域发挥更大的作用，特别是在需要快速、高质量和经济实惠的原型制作和小批量生产方面。

三、CLIP技术

在探讨UV光固化技术在3D打印中的应用时，连续液面界面生产技术(CLIP)无疑是一个令人瞩目的创新。这项技术巧妙地解决了传统光固化3D打印速度受限的问题，为3D打印技术的发展注入了新的活力。

CLIP技术的核心创新在于其独特的连续打印机制。与传统的分层固化方法不同，CLIP技术通过创造一个持续流动的液面界面，实现了不间断的材料供应和固化过程。这一创新极大地提高了打印速度，使得CLIP技术在3D打印速度方面取得了突破性进展。

CLIP技术的工作原理基于一个关键概念：死区(DeadZone)。这个死区位于打印平台下方的液面和透明窗口之间，由氧气渗透形成的薄层构成。氧气的存在抑制了光引发的聚合反应，从而在液面和窗口之间形成一个无法固化的区域。这种设计巧妙地解决了传统光固化3D打印中常见的粘连问题，同时也为连续打印创造了条件。

CLIP技术的具体工作流程如下：

将打印平台浸入装满光敏树脂的容器中

使用投影仪从上方照射树脂

氧气通过底部的透气窗口，在液面和窗口之间形成死区

死区阻止已固化部分与窗口粘连

打印平台连续上升，同时树脂不断流入死区进行固化

这种连续的打印过程带来了显著的速度提升。根据第三方测试机构的数据，CLIP技术的打印速度可达传统SLA技术的25倍到100倍。这意味着原本需要十几个小时才能完成的3D打印任务，现在只需几分钟就能搞定。

CLIP技术的另一大优势在于其打破了速度与精度的悖论。由于采用了连续的照射过程，3D打印的速度不再受到切片层数量的影响。相反，打印速度主要取决于紫外线照射时的聚合速度以及聚合物的粘性。这种设计使得CLIP技术能够在保持高精度的同时大幅提升打印速度，克服了传统3D打印技术中速度与精度难以兼顾的难题。

值得一提的是，CLIP技术在微观尺度上的表现尤为出色。研究人员通过实验，在1微米（即千分之一毫米）的切片精度下，成功打印出了肉眼难以辨识的光滑表面。这一成果充分展现了CLIP技术在高精度3D打印领域的巨大潜力。

CLIP技术的出现为3D打印技术的发展开辟了新的方向。它不仅大幅提升了打印速度，还在精度和材料兼容性等方面展现出了优秀的表现。随着技术的不断完善，CLIP有望在工业制造、医疗设备、电子产品等多个领域发挥越来越重要的作用，推动3D打印技术向更高水平迈进。

综上所述，尽管面临材料成本高、机械性能需进一步提升等挑战，但随着新型光引发剂和光敏树脂的研发，UV光固化3D打印技术正不断突破，展现出广阔的发展前景。

来源网络

审核编辑 黄宇