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摘 要： 光固化成型是 3D 打印技术中广泛应用的工艺之一。本文介绍了光固化成型的工作原理和工艺流程，通过 Projet-5000 切片软件探索光固化成型的模型布置规则，对节省打印材料、提高打印效率具有参考意义。
关键词：光固化成型 ；切片软件 ；模型布置
Model Layout Analysis Based on Slicing Software of SLA
WANG Chen
（College of Home and Industrial, Nanjing Forestry University, Nanjing Jiangsu 210037）
【Abstract】： Light curing is one of the widely used processes in 3D printing technology. This paper introduces the working principle and technological process of UV-curing molding, and explores the model layout rules of UV- curing molding by Projet-5000 slicing software, which has reference significance for saving printing materials and improving printing efficiency.
【Key words】： light curing molding;slicing software;model arrangement
光固化成型作为最早发展起来的 3D 打印技术，属 于还原光聚合族增材制造工艺，具有成型效率高、精度 高、系统稳定等特点 [1]。其原理是利用材料累加成型的 方法，以液态光敏树脂为原料，通过控制紫外光束扫描 液态光敏树脂，使其有序固化成型，形成实体模型 [2]。 光固化成型的优点为材料利用率高，材料浪费少 ；缺点 为材料成本高昂，普及度较低 [3]。本文介绍了光固化成 型的工作原理和工艺流程，通过 Projet-5000 切片软件 探索光固化成型的模型布置规则，对节省打印材料、提 高打印效率具有参考意义 [4]。
1 工作原理
本文选用的光固化成型设备为 Projet-5000 快速成 型机，采用喷射固化成型技术 [5]。喷射固化成型作为光 固化成型的一种新技术，其成型原理如下 ：喷射固化成型设备使用的是阵列式喷头，在计算机控制下，喷嘴工 作腔内的液态光敏树脂瞬间形成液滴，在压力作用下液 滴喷射到基底的指定位置，并立即使用紫外线将其固化， 薄层聚集在打印平台上，形成精确的 3D 模型或零件， 其层分辨率可达 16μm，精度可达 0.01mm。在模型的悬垂部分或形状复杂需要支撑的部位，打印设备喷射石 蜡材料作为支撑，成型结束后通过“失蜡法”去除 [6]。
2 工艺流程
光固化成型的工艺流程一般分为 CAD 设计、前处理、 原型制作和后处理四个过程 ：（1）CAD 设计过程是通过计 算机辅助产品设计软件，创建实物模型的三维原型（包括 零件模型和装配体模型）的过程，由于三维原型数据不能 直接导入 3D 打印系统中进行原型件制作，因此三维原型 数据需要输出为 STL 格式文件进行保存 [7] ；（2）前处理过 程是对 CAD 设计出的三维原型进行数据转换、模型布置 和切片处理，以及设备检查的过程，前处理过程中产生的 数据将精确控制激光扫描器和打印平台的运动 [8] ；（3） 原 型制作过程是在专用的光固化 3D 打印设备上进行光固化 成型的过程，整个光固化成型过程都是在软件系统的控制
下自动完成的，叠层制作完毕后，系统自动停止工作 ；（4） 后处理过程是对叠层制作完成的模型进行剥离、去除支撑 等后续处理的过程，以便去除废料和模型的支撑结构等。
3 模型布置分析
在光固化成型的工艺流程中，前处理过程中的模型布置环节直接影响了打印时间和材料用量。因此，本文设计了 80mm×40mm×10mm 的长方体试件， 通过Projet-5000 切片软件探索光固化成型切片软件的模型布置规则，总结如下 ：
3.1 模型数量与成型时间的关系
以长方体成型件为例，图 1 为一个竖向排列的成型件，打印时间为 1h14min，图 2 为两个竖向排列的成型件，打印时间为 1h14min，图 3 为六个竖向排列的成型件，打印时间为 1h20min。由对比可以看出，同一成型平面内，成型件的数量对成型时间的影响很小。为了提高打印效率，在打印平台内应尽可能多的排布成型件。
3.2 模型方向与成型时间的关系
以同样的长方体成型件为例，图 4 为六个横向排列 的成型件。打印时间为 1h21min，与图 3 竖向排列的 成型件耗时接近。因此，模型方向对于成型时间几乎不 产生影响，同一成型高度条件下，任意调整成型件的方 向打印时间不发生变化。因此，在打印平台上，可以任 意方向摆放成型件，充分利用打印平台的空间。
3.3 成型高度与成型时间的关系
以曲面成型件（如图 5 所示）为例，调整成型件的 成型高度，即成型件与成型平台的夹角。从图 6 和图 8可以看出，图 6 打印时间为 18h22min，图 7 打印时间为 14h34min， 图 8 打印时 间为 5h14min。 由对 比可以看出，成型件与成型平台夹角越小，成型高度越低， 成型时间越短。因此在打印空间模型时，应尽量减少成 型高度，增大支撑面的投影面积，成型时间大大缩短。
3.4 成型高度与支撑用材的关系
以同样的曲面成型件为例（如图 5 所示），将成型件 与成型平台的夹角逐渐减小，即成型高度逐渐降低。曲 面模型成型结构处于悬空状态。为了防止变形，需要在 成型平台和成型件之间的空间增加支撑结构。从图 6 至 图 8 可以看出，支撑材料的质量（Weight of Support） 随着角度的减小，先变大后变小。支撑材料的质量由成 型平台和成型件间相夹空间的体积决定，成型角度减小的过程中，相夹空间的体积先变大后变小。因此，支撑 材料的质量也随之变化。为了节省支撑材料的使用，可 以减少成型件与成型平台的夹角，即减少成型高度，增 大支撑面的投影面积。如图 6 所示，当成型角度接近直 角，支撑投影面最小时，支撑用材重量也很小，但这种 情况成型时间最长。因此，综合成型时间和支撑用材两 个因素，可以得出以下结论 ：对同一成型件而言，成型 角度越小，成型高度越低，成型过程最合理。
4 总结
光固化成型作为最早发展起来的快速成型技术，具 有成型效率高、精度高、系统稳定等特点。光固化成型 的优点为材料利用率高，材料浪费少 ；缺点为材料成本 高昂，普及度较低。本文介绍了光固化成型的工作原理 和工艺流程，通过 Projet-5000 切片软件探索光固化成 型的模型布置规则，对节省打印材料、提高打印效率具 有参考意义。
参考文献
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[8] 叶雨静,徐伟,黄琼涛,等.单板厚度对小径柚木单板层积材力 学性能的影响[J].林产工业,2019,56(9):6-10.
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