SLA快速成型技术在RTV硅橡胶密封件制造中的应用

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SLA快速成型技术在RTV硅橡胶密封件制造中的应用
2 ]2 T7 a. S8 A' Z' M2 ?1 s5 f> 快速成型技术是以液态光敏聚合物(环氧树脂或/和丙烯酸树脂等)为原料，采用紫外线激光扫描分层成型实体的方法。立体平板印刷设备(Stereo Lithography Apparatus，简称SLA)是快速成型技术应用的重点设备之一，具有制作精度和原材料利用率高的特点，可用于制造形状复杂的高精度实体。本工作探讨SLA快速成型技术在室温硫化硅橡胶(RTV硅橡胶)密封件制造中的应用。

& [$ P6 ?& i' f1 技术原理

$ V! Y4 \9 z5 z- |! kSLA快速成型分为三步:前处理、分层叠加自由成型和后处理。前处理是根据用户提供的图纸或实物进行成品的CAD设计，即三维建模，如有可能，还可对实物进行光学扫描或CT扫描，直接得到成品的三维模型，然后输出STL格式的三维模型文件(三角面片文件)，并在此基础上进行分层(厚度为0. 05~0.5 mm)切片处理和支撑编辑处理(类似添加加工夹具，但支撑件与模具同时成型)。
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分层叠加自由成型是快速成型的核心，包括切层制作与切层叠合，其原理如图1所示。具体过程是:紫外线激光对CAD设计的各分层截面逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚反应而交联固化;当该薄层固化后，工作台向下移动，在刚刚固化的树脂表面布放新的液态树脂层，同时刮刀进行水平往复运动，使液面保持水平，再进行新一层的扫描固化;新固化的树脂层牢固地粘合在前一固化层上，如此重复至实体成型完毕。

图1 SLA分层叠加自由成型原理示意图

后处理就是从SLA中取出成型产品，进行打磨、抛光。

5 r- S1 D! M$ G7 i% x* PSLA快速成型技术可用于制作树脂模具，该模具适用于小批量、高精度的室温(低温)浇注成型橡胶制品的生产。

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! U* h5 \3 w, }* c甘肃省某医院所用CHO1型腹腔镜手术仪(德国ETM公司产品)的两种橡胶密封件(如图2和3所示)破损时，如果购买进口配件，一方面费用很高;另一方面不能及时到货，影响手术的正常开展。为此，我们按院方要求，在一个工作日完成这两种橡胶密封件的制作。

2.1模具制造

2.1.1 CAD设计
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0 s6 a- @1 C) D6 @首先用游标卡尺、内径千分尺和外径千分尺等对破损橡胶密封件尺寸和安装轴进行精确测量，并根据所用胶料弹性和收缩率，确定密封件孔与轴配合的过盈量为0.15~0.2 mm。

; }, [; A# b, t" a4 `完成密封件测绘后，进行模具的CAD设计，CAD设计的原则是用最少的材料构造模具。腹腔镜手术仪橡胶密封件模具的CAD模型如图4和5所示(均布6个浇注孔的端面为非装配面)，该模具型腔壁厚仅为0.5mm。

4 d' b/ A8 i& ]7 Q; [# }. X图4 橡胶密封件A模具的CAD模型

图5 橡胶密封件B模具的CAD模型

2.1.2成型
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# @* {. Q& c* }# U- |1 p9 X完成模具的CAD设计后，将STL格式的三维模型文件传送至SLA快速成型机(型号为SPS450B，液槽尺寸为450 mm X 450 mm，西安交通大学先进制造技术研究所产品)，成型所用SPR-3010型光敏树脂(配方为:双酚A环氧树脂83,乙氧化己二醇二丙烯酸醋17,1,4-经甲基环己烷二乙烯基醚4.8，二芳基六氟砷酸硫锡盐7.2，安息香双甲醚4.8)的耐水性、耐化学药品性、尺寸稳定性及韧性好，强度高，适用温度和湿度范围宽，可用于汽车部件、航空部件和医疗器械等的生产。
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通过RPData数据处理软件确定模具模型在工作台上按浇口向上的方式平放，然后对三维模型进行分层切片处理，切片厚度为0. 2 mm，从而使三角面片文件转化为二维层片的轮廓信息。为防止成型过程模具翘曲变形及保证模具制作的稳定性，还必须进行模型的支撑设计。其后，按两种规格模具各生产10个匀布工作台。最后，运行RPBuild制作软件，即打开激光器和将工作液面调零，进行逐层激光扫描固化与叠合成型，完成模具的制作。本密封件模具的SLA快速成型工艺参数为:树脂温度30℃，激光功率160 mW,激光波长355 nm，光强度1.9 X 100000 cd，填充扫描速度2 200 mm. s-1 ,填充向量间距0. 1mm。成型模具用丙酮洗去油脂并除去支撑，最后将成型模具放在紫外线灯下照射2h，以进一步交联固化。

" B* T# s- [7 i% B6 k% O7 ]采用SLA快速型技术制造的腹腔镜手术仪橡胶密封件模具如图6和7所示。完成这两种规格各10个模具的成型仅需3h左右。

2. 2密封件制造

+ _. h0 p8 X/ n$ M' W3 Z采用双组分加成型RTV硅橡胶浇注成型腹腔镜手术仪密封件。组分A的配方为:端轻基聚二甲基硅氧烷100，白炭黑6. 3 ,氧化铅12. 5，甲基硅油6. 3;组分B的配方为:硅酸乙酷119，二烷基二梭酸锡6. 3。组分A与B按10： 1的比例混合均匀后，将混合液缓慢倒人已放置20个快速成型模具的容器中(为防止抽真空时混合液溢出容器，容器的高度设计为模具高度的3 ~-4倍)，混合液通过模具浇注孔注人型腔。其后，将容器放人真空箱中，在真空度为8. 5 X10-6 Pa条件下排除混合液中的空气和湿气气泡。排气后，从真空箱中取出容器，在60℃的电热箱中硫化4h。最后，将硫化产品从烘箱中取出，用手剥去其上的模具薄层，用砂纸轻轻打磨浇口处凸起部分，使端面平整、光滑，就得到成品密封件(如图8和9所示)。经检测，该密封件性能满足要求，并随即投人使用。实际使用表明，该密封使用性能完全达到原配件水平。

3 结论
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SLA快速成型技术适用于小批量、高精度的室温(低温)浇注成型橡胶制品的生产。与传统技术相比，其生产周期缩短60 % ~70%，生产成本幅降低。