立體平板印刷(三維分層)工作原理

立體平板印刷又稱為三維分層或三維印刷，它只需幾個小時的時間即可根據CAD繪圖制造出三維（3-D）實心塑料物件。不論您是檢驗零件是否合格的機械工程師，還是要為某項發明制造塑料模型的發明家，立體平板印刷都為您提供了一種將CAD繪圖轉變為實體物件的快捷方式。

三維印刷是我們所處時代的一個明顯的標志。在過去，要制造某個零件的模型需要花費數月之久的時間，而如今在幾個小時之內便可完工。只要您能構思出某項產品，就可以在兩天后拿到它的工作模型！在本篇博聞網文章中，我們將介紹立體平板印刷服務機構PT CAM（Piedmont Triad Center for Advanced Manufacturing），以使您了解這一服務中所涉及的方方面面。在此過程中，您還會看到一些用此技術制造的真實的三維模型！

立體平板印刷機

PT CAM使用的立體平板印刷機是用三維系統制造的，如下圖所示：

這種印刷機包含四個重要的部件：

• 一個裝有十幾升液態感光樹脂的池。感光樹脂是一種干凈的液態塑料。
• 一個浸泡在池中的孔狀平臺。在印刷過程中，此平臺可以在池內上下移動。
• 一個紫外線激光器
• 一臺驅動激光和平臺的計算機

感光樹脂對紫外線光十分敏感，當激光射在感光樹脂上時，樹脂將凝固。

如果您站在立體平板印刷機（SLA）的旁邊，便可以親眼看到激光構造每一層的過程。這個小MPEG文件將向您演示激光是如何構造模型的一小部分的。

立體平板印刷過程

基本印刷過程如下：

• 您在CAD程序中設計物件的三維模型。
• 有一種軟件會將您的CAD模型切分為很多薄薄的層，通常是每毫米5到10 層。
• 三維印刷機的激光會曝光池中的液態塑料并加以固化，以此來“描繪”第一個層。
• 平臺在池中滴入一滴液態塑料，使其厚度僅為一毫米的幾分之一，然后由激光描繪另一個層。
• 這個過程會逐層不斷重復，直至產品成型。

整個的制作過程比較緩慢。根據要制造的物件的大小和數量，激光可能需要一到兩分鐘才能完成一層。一般而言，這個過程可能需要6到12個小時。如果是較大的物件，完成此過程可能需要幾天的時間（對于上面顯示的印刷機，它可以處理的最大尺寸是三維都是25厘米的物件）。

首先，您要在CAD程序中創建物件的三維設計。制造前需要對設計進行調整，即用一個支座將設計從托盤上略微托起，并裝上制造過程中需要的任何支架。接下來，SLA會自動（無需看守）呈現該物件。此過程完成后，SLA會升起平臺，您將得到最終的三維物件。如果物件較小，則可以根據需要一次制造多個。它們會全部座落在托盤上，彼此相鄰。

下圖顯示了制造過程結束后的托盤，此過程同時制造了多個完全相同的物件：

印刷過程結束后，需要用一種溶劑來漂洗這些物件，然后在紫外線烤箱中將它們“烘干”，以便使塑料徹底固化。

使用立體平板印刷能制造什么

利用立體平板印刷，可以制造出您能想象到的任何三維造型。如果您能將想象出的造型轉移到CAD程序中，一般就可以將其制造出來。在制造過程中，唯一需要注意的問題是要保持造型的結構完整。有時，您需要向設計中添加內部支架，以防造型在印刷或固化階段出現褶曲。

下圖顯示了PT CAM制造的一個典型物件。此物件很輕，并具有聚苯乙烯塑料的強度。您可以隨意處置它，包括將它固定或在它上面鉆孔等，以便在實際應用中體驗它的效果。例如，一家座椅制造商會使用立體平板印刷來制造各種扶手造型，然后在實際的座椅上感受這些扶手的舒適程度。

下圖是一個引擎歧管的近照：

立體平板印刷的成本

立體平板印刷成本頗高。在美國，印刷機本身通常標價在25萬美元以上。由于聚合物及其溶劑會產生大量的煙，因此必須將這種印刷機放在通風良好的環境中。聚合物本身也是極其昂貴的。CibaTool SL5170樹脂是立體平板印刷中一種常用的感光樹脂，其價格一般在每升200多美元。這就是為什么我們很少在小公司中看到立體平板印刷機的原因。

不過，有些服務機構專門為小型工廠和個人提供立體平板印刷服務。例如，PT CAM就提供立體平板印刷服務，其報價為每小時55美元，公司客戶還能以每小時30美元的低價來購買多個時段。這個價格并不便宜，但與自己購買立體平板印刷機（SLA）和樹脂或制造零件相比，也算是相當廉價了。您可以用電子郵件將CAD設計發送給PT CAM公司，該公司一般會在一到兩天的時間內將零件發運給您。交付周期短是立體平板印刷的一個最誘人之處！

這里要特別感謝Joel Leonard、Jerry Watkins和Steve Oneyear，他們在本文的撰寫過程中提供了不可或缺的幫助。