光固化能源技术(SL工艺)浅析.ppt

光固化能源技术(SL工艺） 在光固化三维打印快速成形工艺中,从打印头喷射到成形面上的是液态光敏树脂材料,在紫外光的照射下,光敏树脂材料中的光引发剂吸收紫外光辐射能发生化学变化生成活性中间体,活性中间体引发光敏树脂材料的低聚物进行链式聚合反应, 使成形面上的光敏树脂材料由液态转变为固态,以实现光固化三维打印的单层成形。 SL工艺所用的光源主要为波长小于400nm的紫外激光器。 SL工艺紫外灯固化机理 光敏树脂材料有一个临界曝光量Ec,只有当液态光敏树脂材料实际接受的紫外光的辐射能量(即曝光量)E超过其临界曝光量Ec这一闭值,即E≥Ec。,光敏树脂材料才会发生相变,从液态变为固态。 紫外灯发出的紫外光经椭圆形反射器聚焦后是以线光源的形式照射到成形工作面上,其照射模型如下图所示。取紫外灯在固化成形过程中的运动方向为X轴,垂直向下为Z轴正向,经椭圆形反射器反射聚焦后的紫外光在X轴方向上的光强满足高斯正态分布。其光强分布函数为 式（1） 图 紫外光照射模型 液态光敏树脂材料对紫外光的吸收一般符合Beer-Lambert规则，即在Z轴方向上的光强分布函数可表示为： 式（2） 合并上述两式可得被紫外光照射的光敏树脂材料在X-Z平面内的光强分布函数为: 式（3） 当被聚焦的紫外光沿X轴方向以匀速v运动,则液态光敏树脂材料内部任一点接受的紫外光的辐射能量E可通过下式求得: 式（4） 将式(3)带入(4),并对其积分可得: 式（5） 令E(x,z)等于光敏树脂材料的临界曝光量Ec,则可求得最大固化深度Ds为: 式（6） 光源选择依据 1） SL快速成型系统对光源的要求 （1）价格及运行成本低 SL快速成型系统目前主要有两大类，一类是面向工业品开发的高价格的SL设备，价格一般在100万人民币以上；另一类是面向模型制作的低价格的SL设备，价格一般在50万人民币左右。 高价格的SL设备大都使用昂贵的紫外激光器，寿命也较短，一般为2000小时，这就造成了这类SL设备的价格及运行成本都很高，并在一定程度上妨碍了SL设备的进一步推广及应用。 低价格的SL设备一般采用的是其它光源，如紫外灯、可见光激光器等，这类光源虽然价格便宜，但与紫外激光器相比，性能较差，几乎没有高效的光敏树脂与之配合，加工的精度及加工的速度较慢。 因此，开发制造成本及运行成本均低的高性能激光器将是SL设备的一个发展方向。 （2）体积小 适合办公环境或小区域范围内的工作。 2） 光学系统对光源的基本要求 （1）功率效率高 （2）结构尺寸小 （3）运行成本低 （4）稳定性好 （5）工作温度稳定 3） 成型材料对光源的要求 （1）输出功率高 （2）频谱范围匹配 （3）相干性好 光源介绍 光固化三维打印快速成形的工艺要求从打印头中喷射到成形面上的液态光敏树脂材料能够在紫外灯的照射下迅速固化,因此在选择紫外灯时,要求紫外灯的发射光谱同光敏树脂材料中的光引发剂的吸收光谱相匹配。这样不仅可以提高紫外光的吸收效率,而且可以减少光敏树脂材料中光引发剂的用量,降低材料的成本。此外,紫外灯还必须要有足够的能量,以保证光敏树脂材料在紫外灯的照射下能够快速固化。 1、气体激光器 气体激光器利用气体或蒸气作为工作物质产生激光的器件。它由放电管内的激活气体、一对反射镜构成的谐振腔和激励源等三个主要部分组成 。主要激励方式有电激励、气动激励、光激励和化学激励等。其中电激励方式最常用。在适当放电条件下，利用电子碰撞激发和能量转移激发等，气体粒子有选择性地被激发到某高能级上，从而形成与某低能级间的粒子数反转，产生受激发射跃迁。 与固体、液体比较，气体的光学均匀性好,因此,气体激光器的输出光束具有较好的方向性、单色性和较高的频率稳定性。而气体的密度小，不易得到高的激发粒子浓度，因此，气体激光器输出的能量密度一般比固体激光器小。 　　气体激光器分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器和准分子激光器。它们工作在很宽的波长范围，从真空紫外到远红外,既可以连续方式工作,也可以脉冲方式工作。 1）He-Cd激光器 氦镉激光器是一种金属蒸气离子激