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叠层实体制造工艺的原理及特点

分层实体制造(LOM)是被广泛应用的一种快速成型工艺，其成型系统主要由计算机、原材料送进机构、热压装置、激光切割系统、可升降工作台和数控系统等组成。其工作原理如下:

在CAD软件系统上建立产品的三维CAD模型，并传递到快速成型系统上的计算机，通过数据处理软件，将CAD模型沿成型方向切成一系列具有一定厚度的“薄片”。原材料送进机构将底面涂有热熔胶和添加剂的纸或塑料等薄层材料送至工作台的上方。计算机自动控制激光切割系统，按“薄片”的横截面轮廓线，在工作台上方的薄层材料上切割出该层横截面的轮廓形状，并将材料的无轮廓区切割成小碎片。可升降工作台支撑正在成型的零件，并在每层成型之后，降低一个分层厚度，然后新的一层材料叠加在上面。通过恒温控制的热压装置将其与下面的己切割层粘合在一起，激光束再次切割出物体的新一层截面轮廓，如此往复，层层堆积，直到所有的层都加工完后，便得到最终需要的三维产品。

特点:

1.原料价格便宜，原型制作成本低

2.制件尺寸大

3.无须后固化处理

4.无须设计和制作支撑结构

5.废料易剥离

6.热物性与机械性能好，可实现切削加工

7.精度高、设备可靠性好

8.寿命长、操作方便

02

叠层实体制造工艺用纸材

叠层实体快速成型工艺中的成型材料涉及到三个方面的问题，即薄层材料、粘结剂和涂布工艺。薄层材料可分为纸、塑料薄膜、金属箔等。目前的LOM成型材料中的薄层材料多为纸材，而粘结剂一般为热熔胶。纸材料的选取、热熔胶的配置及涂布工艺均要从保证最终成型零件的质量出发，同时要考虑成本。对于LOM纸材的性能，要求厚度均匀、具有足够的抗拉强度以及粘结剂有较好的湿润性、涂控性和粘接性等。

下面就纸的性能、热熔胶的要求及除市工艺进行简要的介绍：

1.纸的性能

对于LOM成型材料的纸材，有以下要求:

1)抗湿性，保证纸原料(卷轴纸)不会因时间长而吸水，从而保证热压过程中不会因水分的损失而产生变形及粘接不牢。纸的施胶度可用来表示纸张抗水能力的大小。

2)良好的浸润性，保证良好的涂胶性能。

3)抗拉强度，保证在加工过程中不被拉断。

4)收缩率小，保证热压过程中不会团部分水分损失而导致变形，可用纸的伸缩率参数计量。

5)剥离性能好，因剥离时破坏发生在纸张内，要求纸的垂直方向抗拉强度不是很大。

6)易打磨，表面光滑。

7)稳定性，成型零件可长时间保存。

2.热熔胶

叠层实体制造中的成型材料多为涂有热熔胶的纸材，层与层之间的粘接是靠热熔腔保证的。热熔胶的种类很多，其中EVA型热熔胶的需求量最大，占热熔胶消费总量的80%左右，当然在热熔胶中还要添加某些特殊的组分，LOM纸材对热熔胶的基本要求为:

1)良好的热熔冷固性(约70~℃开始熔化，室温下固化)。

2)在反复“熔融-固化”条件下，具有较好的物理化学稳定性。

3)熔融状态下与纸具有较好的涂挂性和涂匀性

4)与纸具有足够粘接强度。

5)良好的废料分离性能。

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叠层实体制造工艺的应用

1、汽车车灯

随着汽车制造业的迅猛发展，车型更新换代的周期不断缩短，导致对与整车配套的各主要部件的设计也提出了更高要求。其中，汽车车灯组件的设计，要求在内部结构满足装配和使用要求外，其外观的设计也必须达到与车体外形的完美统一。车灯设计与生产的专业厂家传统的开发手段受到了严重的挑战。快速成型技术的出现，较好地迎合了车灯结构与外观开发的需求。某车灯配件公司为国内某大型汽车制造厂开发的某种型号轿车车灯LOM原型，通过与整车的装配检验和评估，显著提高了该组车灯的开发效率和成功率。

2、铸铁手柄

某机床操作手柄为铸铁件，人工方式制作砂型铸造用的木模十分费时困难，而且精度得不到保证。随着CAD/CAM技术的发展和普及，具有复杂曲面形状的手柄的设计直接在CAD/CAM软件平台上完成，借助快速成型技术尤其是叠层实体制造技术，可以直接由CAD模型高精度地快速制作砂型铸造的木模，克服了人工制作的局限和困难，极大地缩短了产品生产的周期并提高了产品的精度和质量。

3、LOM原型在制鞋业中的应用

当前国际上制鞋业的竞争日益激烈，而美国WolverineWorldWide公司无论在国际还是美国国内市场都一直保持着旺盛的销售势头，该公司鞋类产品的款式一直保持着快速的更新，时时能够为顾客提供高质量的产品，而使用PowerSHAPE软件LOM快速原型加工技术是该公司成功的关键。

Wolverine的设计师们首先设计鞋底和鞋跟的模型或图形，从不同角度用各种材料产生三维光照模型显示，这种高质的图像显示使得在开发过程中能及早地排除任何看起来不好的装饰和设计。即使前期的设计已经排除了许多不理想的地方，但是投入加工之前，Wolverine公司仍然需要有实物模型。鞋底和鞋跟的LOM模型非常精巧，但其外观是木质的，为使模型看起来更真实，可在LOM表面喷涂产生不同材质效果。每一种鞋底配上适当的鞋面后生产若干双样品，放到主要的零售店展示，以收集顾客的意见。根据顾客所反馈的意见，计算机能快速第修改模型，根据需要，可再生产相应的LOM模型和式样。

注：文字摘抄于《3D打印实务》江泽星著，如需转载，请注明出处！