增材制造工艺与应用 教案 4.1 认识SLA工艺的工作原理和成型过程

增材制造工艺与应用教案课程名称增材制造工艺与应用课题名称（项目、任务、情境）项目四实践SLA光固化成型工艺高阶应用任务1认识SLA工艺的工作原理和成型过程授课地点理实一体实训室课时2课时教学目标知识目标理解光固化成型工艺的基本原理掌握光固化成型工艺的基本流程能力（技能）目标能正确进行光固化成型设备的操作和调试情感目标锻炼学生观察能力，培养严谨的职业素养教学重点难点重点光固化成型工艺的基本原理难点光固化成型工艺的基本流程教学资源多媒体教学课件、教材能力训练任务及案例课堂反思

步骤时间分配教学内容教学方法教学手段学生活动旧课复习15分钟上节课我们学习了目前最流行、最桌面化的3D打印技术——熔融沉积成型（FDM）。1.提问:FDM技术的基本原理是什么？预期学生回答：将热塑性材料（如PLA、ABS）通过高温喷头加热熔化，然后像挤牙膏一样层层堆积，冷却后凝固成型。2.提问:FDM技术有什么突出的优点和缺点呢？优点：设备成本低、操作相对简单、材料成本低、颜色丰富。缺点：表面有层纹、精度相对较低、需要添加支撑结构、强度有各向异性。提问法PPT展示问题，引发学生思考抢答，赢得平时成绩告知2分钟今天这节课，我们的核心任务就是深入探讨这项技术。我们将围绕以下三个核心问题展开：第一，它的原理是什么？它不是通过加热融化，而是利用‘光’来固化液体树脂，这个过程叫做‘光聚合反应’。这到底是如何实现的？第二，它的完整工作流程是怎样的？从电脑里的一个模型到拿到手里一个光滑的零件，中间经历了哪些关键步骤？特别是，它有一个非常独特且重要的‘后处理’环节。第三，它和FDM相比，优势在哪，劣势又在哪？学完之后，我们需要形成一个清晰的概念：在什么情况下应该选择FDM，什么情况下又应该选择SLA。讲授法引入3分钟FDM很好，但它的层纹和精度问题限制了它在一些高精度、高颜值领域（如手办、精密零件、牙科模型）的应用。今天，我们就来学习一种以高精度和表面光滑而闻名的3D打印技术——光固化（SLA），看看它是如何解决这些问题的。讲授法操练5分钟项目四实践SLA光固化成型工艺高阶应用任务1认识SLA工艺的工作原理和成型过程一、光固化成型工艺的基本原理1.定义利用特定波长与强度的光聚焦在液态树脂材料表面，控制光的形状逐层固化树脂，从而堆积形成所需的三维实体零件。利用这种光能固化液态树脂材料的方法通常称之为光固化法。原理【重点】首先在计算机上用三维CAD设计产品的三维实体模型，然后生成并输出STL文件格式的模型。再利用切片软件对该模型沿高度方向进行分层切片，得到模型的各层断面的二维数据群Sn（n=1，2，…，N）。依据这些数步骤时间分配教学内容教学方法教学手段学生活动10分钟据，计算机从下层S1开始按顺序将数据取出，通过一个扫描头控制紫外激光束，在液态光敏树脂表面扫描出第一层模型的断面形状。被紫外激光束扫描辐照过的部分，由于光引发剂的作用，引发预聚体和活性单体发生聚合而固化，产生一薄固化层。形成了第一层断面的固化层后，将基座下降一个设定的高度d，在该固化层表面再涂覆上一层液态树脂。接着依上所述，用第二层S2断面的数据进行扫描曝光、固化。然后第三层S3、第四层S4……，这样一层层地固化、黏接，逐步按顺序叠加直到Sn层为止，最终形成一个立体的实体原型。3.具体分析优缺点：光固化成型工艺的优势在于成型过程自动化程度高。光固化成型技术的系统非常稳定，加工开始后，成型过程可以完全自动化，直至原型制作完成。光固化成型工艺的优势在于表面质量较好。虽然在每层固化时侧面及曲面可能出现台阶，但上表面仍可得到玻璃状的效果。在优化参数设置之后，还可以做到让肉眼可见的层纹“消失”。读书引导法提出问题让学生看书查找读书回答问题深化15分钟20分钟二、光固化成型工艺的成型过程【难点】1.前处理前处理是为光固化成型工艺的原型制作准备生产数据。包括：工件的三维模型的构造，CAD模型的数据转换，模型成形方向的选择，支撑的施加和三维模型的切片处理。首先必须在计算机上利用三维设计软件，根据产品的要求设计三维模型；或者用三维扫描系统对已有的实体进行扫描，并通过逆向工程技术得到三维模型。2.分层叠加成形光固化成型系统根据切片软件处理得到的断面形状，在计算机的控制下，使光源系统在X-Y平面内按断面形状进行扫描，扫描过的液态树脂发生聚合固化，形成第一层固态断面形状之后，工作台再下降一层高度，使液槽中的液态光敏树脂流入并覆盖已固化的断面层。3.后处理液态光敏树脂固化成形为完整制件后，从光固化设备上取下的制品需要去除支撑结构，清洗制件表面残余树脂材料，然后表面烘干并将制件置于大功率紫外灯箱中作进一步的内腔固化。思政融入：在讲解SLA后处理环节时，强调“安全操作规范”和“严谨负责的工匠精神”。图片展示法小组讨论法PPT展示图片在笔记上记录训练10分钟1.光固化（SLA）技术最核心的工作原理是基于下列哪一项？

A.热塑性材料熔融后层层堆积

B.激光烧结粉末材料

C.液态光敏树脂在特定光照射下发生固化

D.通过喷头粘接石膏粉末答案：C2.与熔融沉积成型（FDM）相比，光固化（SLA）技术一个非常重要的不同点是其必须包含哪一环节？

A.模型切片

B.添加支撑

C.二次固化

D.加热喷头答案：C

3.在光固化（SLA）技术的后处理过程中，操作人员必须佩戴防护手套，其主要原因是？

A.防止打印件被手上的油脂污染

B.防止未固化的液态光敏树脂刺激皮肤

C.方便更用力地去除支撑结构

D.保持建造平台的清洁答案：B1.光固化（SLA）打印机在打印过程中，制作支撑结构的主要目的与FDM一样，都是为了支撑模型的悬空部分。()答案：错误（×）

解析：

此题意在考察对SLA技术细节的深度理解。SLA的支撑结构确实有支撑悬空部分的作用，但更主要的作用是抵抗打印过程中模型从离型膜上剥离时产生的巨大剥离力，这是SLA技术一个非常独特且关键的特点。2.光固化（SLA）打印完成后得到的模型，从平台上取下后即可直接使用，表面光滑且性能已达到最佳。()答案：错误（×）抢答法PPT展示抢答，为小组得分归纳5分钟SLA技术的基石是光聚合反应，它利用紫外激光‘雕刻’液态光敏树脂，实现从液体到固体的精准转变。其工作流程可以概括为‘打印前处理-精密打印-必要后处理’三大阶段，其中添加支撑是为了抵抗剥离力，二次固化则是为了确保材料性能稳定，这两个是区别于FDM的关键环节。正是这种原理和流程上的差异，造就了SLA在精度和表面质量上的巨大优势，但也带来了材料成本较高、部件较脆且需谨慎后处理的特点归纳法根据板书归纳总结3分钟今天我们深入学习了光固化（SLA）这项高精度3D打印技术。它并非要取代我们上节课所学的FDM，而是为我们提供了一种全新的、面向高精度需求的解决方案。FDM像是实用的‘工匠’，而SLA则像是精细的‘艺术家’。希望大家通过学习，不仅掌握了SLA的原理和流程，更能建立起一种‘根据需求选择最合适技术’的工程思维。同时，也牢记SLA