1.3　技術發(fā)展展望

（1）微光固化快速成形技術

目前，傳統(tǒng)的SLA設備成形精度為±0.1mm，能夠較好地滿足一般的工程需求。但是在微電子和生物工程等領域，一般要求制件具有微米級或亞微米級的細微結構，而傳統(tǒng)的SLA工藝技術已無法滿足這一領域的需求。尤其在近年來，微機電系統(tǒng)（microelectro-mechanical systems，MEMS）和微電子領域的快速發(fā)展，使得微機械結構的制造成為具有極大研究價值和經(jīng)濟價值的熱點。微光固化快速成形（micro stereolithography，μ-SL）技術便是在傳統(tǒng)的SLA技術方法基礎上，面向微機械結構制造需求而提出的一種新型的快速成形技術。該技術早在20世紀80年代就已經(jīng)被提出，經(jīng)過20多年的努力研究，已經(jīng)得到了一定的應用。目前提出并實現(xiàn)的μ-SL技術主要包括基于單光子吸收效應的μ-SL技術和基于雙光子吸收效應的μ-SL技術，可將傳統(tǒng)的SLA技術成形精度提高到亞微米級，開拓了快速成形技術在微機械制造方面的應用。但是，絕大多數(shù)的μ-SL技術成本相當高，因此多數(shù)還處于實驗室階段，離實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)還有一定的距離。因而今后該領域的研究方向為：開發(fā)低成本生產(chǎn)技術，降低設備的成本；開發(fā)新型的樹脂材料；進一步提高光成形技術的精度；建立μ-SL數(shù)學模型和物理模型，為解決工程中的實際問題提供理論依據(jù)；實現(xiàn)μ-SL與其他領域的結合，例如生物工程領域等［12］。

圖1-7為加州大學洛杉磯分校的C.Sun等人利用數(shù)字微透鏡裝置（DMD）作為圖形發(fā)生器，固化成形高分辨率微小3D件。實驗證明，此系統(tǒng)能生成很多其他的微固化系統(tǒng)所不能實現(xiàn)的細節(jié)。

（2）光固化成形技術在生物醫(yī)學領域的應用

光固化快速成形技術為不能制作或難以用傳統(tǒng)方法制作的人體器官模型提供了一種新的方法，基于CT圖像的光固化成形技術是應用于假體制作、復雜外科手術的規(guī)劃、口腔頜面修復的有效方法。目前在生命科學研究的前沿領域出現(xiàn)的一門新的交叉學科——組織工程是光固化成形技術非常有前景的一個應用領域。基于SLA技術可以制作具有生物活性的人工骨支架，該支架具有很好的機械性能和與細胞的生物相容性，且有利于成骨細胞的黏附和生長。

（3）網(wǎng)狀拓撲結構輕量化設計制造

激光選區(qū)熔化成形技術的發(fā)展使得網(wǎng)狀拓撲結構輕量化設計與制造成為現(xiàn)實。連接結構的復雜程度不再受制造工藝的束縛，可設計成滿足強度、剛度要求的規(guī)則網(wǎng)狀拓撲結構，以此實現(xiàn)結構減重。圖1-8為EADS為A380門支架（door bracket）的優(yōu)化結構，采用網(wǎng)狀拓撲優(yōu)化后在保持原有強度的基礎上實現(xiàn)40%減重。除此之外，采用激光選區(qū)熔化成形技術也可以實現(xiàn)海綿、骨頭、珊瑚、蜂窩等仿生復雜網(wǎng)狀強化拓撲結構的優(yōu)化設計與制造，達到更顯著的減重效果［13］。

（4）三維點陣結構設計制造

與蜂窩夾層板這種典型的二維點陣結構相比，三維點陣結構可設計性更強，比剛度和比強度、吸能性能經(jīng)過設計可以優(yōu)于傳統(tǒng)的二維蜂窩夾層結構，圖1-9為三維點陣結構以及點陣夾層結構。受到制造手段的限制，傳統(tǒng)制造方法難以實現(xiàn)三維點陣結構的高質量、高性能制造，而基于粉床鋪粉的SLM技術較為適宜制造這類復雜的空間結構。制備不同材料、不同結構特征的空間點陣結構是目前SLM技術研究的熱點之一［14，15］。

（5）陶瓷顆粒增強金屬基復合材料-結構一體化制造

陶瓷顆粒增強金屬基復合材料具有良好的綜合性能。目前，制備方法有很多種，例如粉末冶金、鑄造法、熔滲法和自蔓延高溫合成法等。但是由于陶瓷增強顆粒與金屬基體之間晶體結構、物理性質以及金屬/陶瓷界面浸潤性差異的影響，采用常規(guī)方法容易導致成形過程中增強顆粒局部團聚或界面裂紋。激光選區(qū)熔化制備過程中溫度梯度大（7×106K/s），冷卻凝固速度快，可使金屬基體中顆粒增強項細化到納米尺度且在金屬基體內呈彌散分布，可以有效約束金屬基體的熱膨脹變形，克服界面裂紋。此外，激光選區(qū)熔化成形可以在材料制備的同時完成復雜結構的制造，實現(xiàn)材料-結構的一體化制造。