光固化快速成型技术的发展

经过了近20年的发展，光固化快速成型技术（SLA）已成为当今研究发展最成熟、应用最为广泛的3D打印典型技术。在全世界安装的快速成型机中光固化成型系统约占60%。1986年Chlarles W. Hull制造出了第一台快速成型机SLA-I（Stereolithography Apparatus-I），并于同年获得了美国专利（US4575330A）。随后HULL与UVP的股东Raymond Fred联合创立了3D Systems公司，开发光固化快速成型的商业应用，许多关于快速成型的概念和技术在3D Systems公司中发展成熟。

光固化快速成型技术的基本原理

图表1 光固化快速成型技术原理图

结合专利US4575330A可知，光固化快速成型技术的基本原理如上图所示。以光敏树脂为原料，首先将三维实体用CAD系统在计算机上构成产品的三维实体模型，再生成并输出STL格式的模式。然后利用切片软件，沿着模型的高度方向进行分层切片，得到该模型的各层断面的二维数据群Sn（n=1,2，…,N）。根据上述数据，计算机从下层开始按照顺序将数据取出，在液态光敏树脂的表面，通过一个扫描仪器控制紫外激光束，扫描出第一层模型的断面形状，被紫外激光扫描过的部分，由于光引发剂的作用，印发与具体和活性单体发生聚合而固化，产生一层薄层固化层。形成了第一层断面的固化层后，将基座下降一个设定高度d，在该固化层表面上再涂一层液态树脂。然后重复上述过程，第二层断面的数据进行扫描曝光、固化。当树脂可以固化的厚度大于切片分层的高度d时，下层固化的树脂就可与上一层固化的树脂粘接在一起。然后第三层S3，第四层S4，如此层层固化、粘接、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。[1]

[1]章程斌。激光固化快速成型系统研究与开发[D]. 武汉：华中科技大学，2003.

全球专利申请主要申请人分析

图表2 光固化快速成型技术全球专利申请主要申请人份额分析图

目前研究光固化快速成型技术（SLA）方法的有国外公司3D Systems公司，Micron Techonology公司，Matsushita Electric Works，JSR公司，EOS公司等，和中国的西安交通大学、华中科技大学等。其中美国3D Systems公司的光固化快速成型技术（SLA）在国际市场上占的比例最大。光固化快速成型技术（SLA）全球专利申请的主要申请人中，3D Systems公司在该领域的申请量份额高达17%，远高于其他申请人。3D Systems公司自1988年推出SLA-250机型以后，光固化快速成型技术得到快速发展，近年已推出全新的SLA-3500和SLA-5000机型使用半导体激励的固体激光器，扫描速度分别达到2.54 m/s和5 m/s，成型提及虽然大致相同，但其扫描速度却达9.52 m/s，凭据成型速度提高了4倍，成型层厚最小可达0.025mm，精度提高了一倍。

图表3 光固化快速成型技术全球专利申请的主要发明人分析表 [2]

[2]杨铁军。产业专利分析报告（第18册）——增材制造[M]．北京：知识产权出版社，2014：54．

光固化快速成型技术的全球发明人主要集中在3D Systems公司，在全球主要发明人的前十位中，有5位集中在3D Systems公司，由此可知，该公司创新实力非常雄厚。另外，可以发现3D Systems公司和Matsushita Eletric Works公司的发明人分布在美国和日本。

中国专利申请主要申请人分析

图表4 中国专利申请主要申请人分析图

中国光固化快速成型技术申请人中申请量最多的为西安交通大学，申请量为55件；其后依次为无锡易维模型设计制造有限公司，申请量17件；上海联泰三维科技有限公司申请该领域专利14件；珠海天威飞马打印耗材有限公司，申请该领域专利10件。在中国布局了光固化快速成型技术的国外申请人中申请量最多的是3D Systems公司和Stratasys公司，此说明国外公司在中国逐步进行专利布局，应当引起同行业的竞争对手的足够重视。

广东省专利申请主要申请人分析

图表5 广东省专利申请主要申请人分析图

广东省研究光固化快速成型技术（SLA）并申请专利的公司包括珠海天威飞马打印耗材有限公司、中山市东方博达电子科技有限公司、深圳长朗三维科技有限公司等，研究机构包括广州电子技术研究所和东莞理工学院。从专利申请数量和专利申请人数量可以看出，广东省在光固化快速成型技术（SLA）技术上优势不明显，还需要政府、产业等协同合作加大光固化快速成型技术的研发力度。