1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

3d打印机主要是利用特殊的打印材料，采用连续分层加工来生成实体，与传统的模具加工采用的去除材料的方法有着本职的区别。之所以称为”打印机”，是因为3d打印机参照传统打印机的技术原理，利用的主要基础技术--分层原理与喷墨打印技术相似。3d打印技术最大的优点是无需机械加工或者是模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。本项目采用sla(stereo lithography apparatus 激光立体造型技术)，sla以光敏树脂为原料，将计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹对液态树脂逐点扫描，被扫描的树脂薄层会产生光聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面。当一层固化完毕，激光快速成型机移动工作台，在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂以便进行下一层扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上，激光快速成型机如此重复直到整个零件原型制造完毕。本项目是一种基于sla技术的新型3d打印系统，突破了传统sla打印机速度缓慢，精度较低等缺点。
快速成型技术分类：目前已有十余种不同方法，如光固化立体造型（sla）、层片叠加制造（lom）、选择性激光烧结（sls）、熔融沉积造型（fdm）、掩模固化法（sgc）、三维印刷法（tdp）、喷粒法（bpm）等。其中sla是使用最早和最广泛的技术，约占全部快速成型设备的70％左右。光固化立体造型（sla）自1984年的第一台快速成形设备即采用了光固化立体造型的工艺，现在的快速成型设备中，以sla的研究最为深入，运用也最为广泛。该技术以光敏树脂的聚合反应为基础。在计算机控制下的紫外激光，沿着零件各分层截面轮廓，对液态树脂进行逐点扫描，使被扫描的树脂薄层产生聚合反应，由点逐渐形成线，最终形成零件的一个薄层的固化截面，而未被扫描到的树脂保持原来的液态。当一层固化完毕，升降工作台移动一个层片厚度的距离，在上一层已经固化的树脂表面再覆盖一层新的液态树脂，用以进行再一次的扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上，如此循环往复，直到整个零件原型制造完毕。这种方法的特点是有较高的精度和较好的表面质量，能制造形状特别复杂（如空心零件）和特别精细（如工艺品、首饰等）的零件。
光固化喷射材料：光固化三维打印使用的喷射材料是光敏树脂。光固化喷射材料即光敏树脂（uv 喷墨墨水），光敏树脂由齐聚物、单体、紫外光引发剂和其它助剂组成。其中齐聚物约30－60% ，单体约40－80% ，紫外光引发剂约1－5%，其它助剂约0.2－10% 。针对上述四个主要组分的不同配比，光敏树脂可能的原料成分包括：
①丙烯酸酯类齐聚物（如环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、丙烯酸酯化聚丙烯酸酯）。
②环氧类齐聚物和单体（如缩水甘油基类、缩水甘油醚类、缩水甘油酯类、脂
环族环氧、聚氨酯类环氧、不饱和双键氧化类环氧、芳香族环氧）。 ③其它阳离子类单体（如氧杂丁烷类、螺环原酸酯、双环原酸酯、螺环原碳酸
酯、环内酯）。
④活性稀释剂（如单官能团丙烯酸酯、双官能团丙烯酸酯、多官能团丙烯酸酯、
乙烯基类单体、乙烯基醚、含甲氧端基的单官能团丙烯酸酯、含氨基甲酸酯的单官
能团丙烯酸酯、环碳酸酯的单官能团丙烯酸酯）。
⑤阳离子光引发剂（如碘鎓盐、硫鎓盐、重氮盐、芳茂铁盐）。
⑥自由基光引发剂（如安息香类、安息香醚类、苯乙酮类、苯乙酮缩酮类、苯
偶酰类、二苯甲酮/ 叔胺、α－羟环烷基苯酮类、α－胺烷基苯酮类、酰基膦氧化物、
硫杂蒽酮/ 叔胺类、蒽醌/ 叔胺、芳酮/ 硫醇类）。
⑦其它助剂（如填料、流平剂、阻聚剂、光稳定剂、防沉降剂、表面活性剂、染料、）。

技术原理：（参考图在附件）
右侧的一个可以滑动的移动平台，最开始被放置于充满光敏树脂的容器里。光敏树脂在接收到一定波长的紫外光照射的情况下聚合成坚实的固体。整个存放光敏树脂的容器是一个密封的环境，这样可以保证光敏树脂不被泄露和溢出。下方的激光束长期保持在光感树脂的表面照射，光束的照射图像是根据计算机分层的图像转换过来的，被光线照射到的表面部分会固化。通过扫描系统，激光束在xy方向上水平移动，整个激光束的控制部分由一个可控电机驱动。电机接收到来自cad数据的信息，根据接收信息来控制激光束。在这个部分，投影仪可以拿来代替激光，这样就大大减少了运动部件，加快了打印的速度。在计算机中的cad软件在接收到打印的指令后，将cad图中描述的对象几何图形，根据快速成型的机理进行拆分。优化算法会组合每层cad信息，将cad信息进行打包封装传递给电机控制模块。当一层cad信息被完全固化后，右侧的移动平台上升一个层高高度进行下一层的打印，由于树脂通常是相当粘稠的，已经固化的层表面会聚集一定量的液体树脂，因此往往需要连续的跟踪物体的实际设计数据反复的进行重固化操作。
当整个过程结束，移动平台升高，多余的树脂会从表面流失掉。平台上升到另外一个独立的小空间进行类似”烘干”的操作，来进行最后的固化，最终固化后用于支持物体表面的支撑点会被切断，表面还会进行一定的打磨以完成整个打印过程。
课题背景和现有发展状况：
目前的3d打印市场还处于是个新型时期。小部分公司针对快速成型制造系统刚开始将目光放到商业化的道路上来,3d快速打印系统目前而言还处于一个没有被开辟的局面,至少说在公共消费的市场上还处于一个开拓期,还没有一家拥有足够研发规模和市场的公司出现。目前只有从事着建筑和设计行业的人，他们对 3d 打印技术比较熟悉，因为他们经常需要用到一种叫”快速成型”的技术，将设计的原型制作出来，展示给客户看。而这种原型的制作非常麻烦，因为工厂首先需要制作一个模具，然后把原料浇铸在里面，这样才能把原型制作出来。但当工厂制作完成之后，模具就变得没有用处#8212;#8212;这种生产方式浪费原料，生产成本自然比较高，所需要的生产周期自然也比较长。与模具行业想比较,3d打印能够一次性的直接把客户所需要的设计原型给制作出来,不仅节约时间和成本,制作出来的物体也更精确.
在目前的3d打印机行业中，z corporation和stratasys两家公司的产品占有绝大多数市场份额。
我国对3d打印技术也同样有十分强烈的需求。自90年代初国内就有多所高校开始自主知识产权的rp技术研发，但是相比rp技术领先的美国、日本等国家，国内还没有一款达到国际水平的3d打印机推向市场，只有部分有实力的企业和科研院到专业的rp或3d打印服务商那里租用3d打印机或者订制模型。国内rp技术在研究队伍、资金投入和普及范围等多方面还有很长的路要走。比较而言，港台地区rp技术应用更为广泛。港台地区相比内地rp技术起步较早--很多高校、企业都有自己的3d打印设备。
总的来说未来3d打印发展趋势可概括为1、3d打印成为工业化力量。2、3d打印开始治病救人3、定制化成为常态4、产品创新速度加快5、新公司基于3d打印开发出创新的商业模式6、3d打印店在购物商场开张7、关于知识产权归属的激烈辩论浮现出来8、具备神奇特性的新产品将让我们更为惊奇9、3d打印机为制造工厂提供助力10、”看我做出了什么东西！”11. 3d打印开始广泛应用于电影工业。3d打印前景十分开阔，但是还有许多问题需解决。

参考文献：刘海涛 《光固化三维打印成形材料的研究与应用》

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

课题目标是是尝试设计一类3d打印机，主要内容和要求如下： 1，熟悉激光立体造型技术的原理，并设计和搭建简单的光学造型系统； 2，熟悉用三维建模软件构造物件的3d图形，熟悉离散和分层技术输出用于激光立体造型的数据； 3，设计实现具备基本打印功能的成型加工装备。

实验内容包括： 1，设计制造光路系统和控制系统； 2，实验物件的3d图形的采样与分层； 3，实验不同类型的光敏树脂的打印效果。