@3叠层实体快速成型工艺
三维3D叠层封装技术及关键工艺
2009年全国博士生学术会议 科技进步与社会发展跨学科学术研讨会论文集三维（3D）叠层封装技术及关键工艺郑建勇，张志胜，史金飞（东南大学机械工程学院，江苏南京，211189)摘要：三维（3D）叠层封装技术是一种可实现电子产品小尺寸、轻重量、低功耗、高性能和低成本的先进封装技术，该技术已广泛用于手机、数码相机、MP4及其他的便携式无线产品。
文中对3D叠层封装技术进行了简要介绍，重点分析了三维叠层封装技术的分类和关键工艺，阐述了三维叠层封装技术的优点，并对3D叠层封装技术所面临的一些问题和应用前景进行了分析。
关键词：3D叠层封装技术；封装工艺；芯片堆叠；封装堆叠Integrated Circuit Three Dimension Stacked Packageand Its Key TechnologyZheng Jian-yong, Zhang Zhi-sheng, Shi Jin-fei(Department of Mechanical and Engineering, Southeast University, Nanjing ,Jiangsu,211189)Abstract: In recent years, the increasing demands for the high performance integrated circuit devices have led to the development of multi-die stacking technology in a single package. The 3D (three dimension) stacked package technology is developing trend of the integrated circuit advanced high-density packaging, which can easily meet the developing of smaller footprint, lower profile, multi-function, lower power consumption and lower cost for the cell phones and consumer products like digital cameras, MP4, PDA and other wireless devices. Some correlative concepts of the 3D stacked package have been proposed in this paper. Firstly, the development trends and the general classifications of 3D stacked package have been introduced. Furthermore, in order to compare with the traditional 2D package (MCM), the advantages of the 3D stacked package technology have been discussed, and it also briefly states the technical challenges that 3D stacked package technology must be faced. In addition, the potential applications that may take advantage of 3D stacked package technology are discussed.Keywords: Integrated circuit; 3D stacked package; Advantages; Application1 引言随着手机、PDA、数码相机、MP4等移动消费型电子产品对于功能集成、大存储空间、高可靠性及小型化等封装的要求程度越来越高，在MCM（多芯片组件）X、Y平面内的二维封装的基础上，沿Z方向堆叠的更高密度的三维封装技术得到了充分发展。
常用快速成型基本方法简介
1前言快速成型(Rapid Prototyping)是上世纪80年代末及90 年代初发展起来的高新制造技术，是由三维CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的总称。
它集成了CA D技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。
由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。
与传统制造方法不同，快速成型从零件的CAD几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。
通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段相结合，已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。
2 快速成型的基本原理快速成型技术采用离散/堆积成型原理，根据三维CAD模型，对于不同的工艺要求，按一定厚度进行分层，将三维数字模型变成厚度很薄的二维平面模型。
再将数据进行一定的处理，加入加工参数，产生数控代码，在数控系统控制下以平面加工方式连续加工出每个薄层，并使之粘结而成形。
实际上就是基于“生长”或“添加”材料原理一层一层地离散叠加，从底至顶完成零件的制作过程。
快速成型有很多种工艺方法，但所有的快速成型工艺方法都是一层一层地制造零件，所不同的是每种方法所用的材料不同，制造每一层添加材料的方法不同。
快速成型的基本原理图快速成型的工艺过程原理如下:(1)三维模型的构造:在三维CAD设计软件中获得描述该零件的CAD文件。
一般快速成型支持的文件输出格式为STL模型，即对实体曲面做近似的所谓面型化(Tessellation)处理，是用平面三角形面片近似模型表面。
以简化CAD模型的数据格式。
便于后续的分层处理。
由于它在数据处理上较简单，而且与CAD系统无关，所以很快发展为快速成型制造领域中CAD系统与快速成型机之间数据交换的标准，每个三角面片用四个数据项表示。
几种常见快速成型工艺优缺点比较
几种常见快速成型工艺优缺点比较在快速领域里一直站主导地位快速成型工艺主要包括：FDM、SLA、SLS 及LOM等工艺，而这几种工艺又各有千秋，下面我们在主要看一下这几种工艺的优缺点比较：FDM 丝状材料选择性熔覆快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材（如工程塑料ABS聚碳酸酯PC等）加热熔化进而堆积成型方法，简称FDM。
丝状材料选择性熔覆的原理如下：加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，并在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。
一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层" 画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。
这种工艺方法同样有多种材料可供选用，如工程塑料ABS聚碳酸酯PC 工程塑料PPSF以及ABS与PC的混合料等。
这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，并可安全地用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。
适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。
专门开发的针对医用的材料ABS-i，因为其具有良好的化学稳定性，可采用伽码射线及其他医用方式消毒，特别适合于医用。
FDM快速原型技术的优点是：1 制造系统可用于办公环境，没有毒气或化学物质的污染；2 一次成型易于操作且不产生垃圾；3 独有的水溶性支撑技术，使得去除支撑结构简单易行，可快速构建瓶状或中空零件以及一次成型的装配结构件；4 原材料以材料卷的形式提供，易于搬运和快速更换。
5、可选用多种材料，如各种色彩的工程塑料ABS PC PPSF以及医用ABS 等。
FDM快速原型技术的缺点是:1成型精度相对国外先进的SLA工艺较低，最高精度0.127mm2、成型表面光洁度不如国外先进的SLA工艺；3、成型速度相对较慢SLA光敏树脂选择性固化是采用立体雕刻原理的一种工艺，简称SLA是最早出现的一种快速成型技术。
四种常见快速成型技术
四种常见快速成型技术FDM丝状材料选择性熔覆 Fus ed Dep osi tion Mod eling 快速原型工艺是一种不依*激光作为成型能源、而将各种丝材加热溶化的成型方法,简称FDM。
丝状材料选择性熔覆的原理室,加热喷头在计算机的控制下,根据产品零件的截面轮廓信息,作X-Y平面运动。
热塑性丝状材料如直径为1.78m m的塑料丝由供丝机构送至喷头,并在喷头中加热和溶化成半液态,然后被挤压出来,有选择性的涂覆在工作台上,快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。
一层截面成型完成后工作台下降一定高度,再进行下一层的熔覆,好像一层层"画出"截面轮廓,如此循环,最终形成三维产品零件。
这种工艺方法同样有多种材料选用,如ABS塑料、浇铸用蜡、人造橡胶等。
这种工艺干净,易于操作,不产生垃圾,小型系统可用于办公环境,没有产生毒气和化学污染的危险。
但仍需对整个截面进行扫描涂覆,成型时间长。
适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。
由于甲基丙烯酸ABS M AB S 材料具有较好的化学稳定性,可采用加码射线消毒,特别适用于医用。
但成型精度相对较低,不适合于制作结构过分复杂的零件。
FD M快速原型技术的优点是：1、操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。
2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。
3、尺寸精度较高,表面质量较好,易于装配。
可快速构建瓶状或中空零件。
4、原材料以卷轴丝的形式提供,易于搬运和快速更换。
5、材料利用率高。
6、可选用多种材料,如可染色的A BS和医用A BS、PC、PP SF等。
FDM快速原型技术的缺点是：1、做小件或精细件时精度不如SLA,最高精度0.127mm。
2、速度较慢。
SL A敏树脂选择性固化是采用立体雕刻Stereo litho gra phy原理的一种工艺,简称SLA,也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。
在树脂液槽中盛满液态光敏树脂,它在紫外激光束的照射下会快速固化。
叠层制造及其它快速成型工艺与设备
LOM快速原型工艺适合制作大中型原型件，翘曲变形较小，成型时间较短，激光器使用寿命长，制成件有良好的机械性能，适合于产品设计的概念建模和功能性测试零件，且由于制成的零件具有木质属性，特别适合于直接制作砂型铸造模。
面曝光快速成型
MPSL(Mask Projection Stereolithography)面曝光快速成型与扫描式固化快速成型最大的不同在于采用片层掩膜技术，一次曝光固化一个层面的实体。MPSL的关键技术之一是如何生成图形动态掩膜（Dynamic Mask）。 图形掩膜的生成方式有多种，早期是利用静电复印技术原理，在玻璃底版上生成图形掩膜。目前，比较典型的图形生成工艺是采用液晶显示技术（Liquid Crystal Display，LCD）和数字投影技术（Digital Light Processing，DLP）。下面对这两种技术分别进行简单地介绍，着重说明一下DLP的技术原理。
LOM快速成形技术的缺点
6. 表面比较粗糙，工件表面有明显的台阶纹，成型后要进行打磨；且纸制零件很容易吸潮，必须立即进行后处理、上漆。 7. 难以构建精细形状的零件，即仅限于结构简单的零件。 8. 由于难以（虽然并非不可能）去除里面的废料，该工艺不宜构建内部结构复杂的零件。 9. 当加工室的温度过高时常有火灾发生，因此，工作过程中需要专职人员职守。
MPSL技术基本原理
由分析可以看出，相比于LCD，DMD能更好地适应快速成型加工所需要的高精度、高可靠性以及对紫外光源能量较高的承受能力。因此将DLP技术应用到光固化快速成型技术的面曝光快速成型具有更好的发展前景。 它主要包括两大部分：固化成像器件即掩膜发生器和机械辅助装置即升降、涂覆系统等。掩膜发生器负责完成每层图像的生成，由紫外光照射投影到成像位置，即光敏树脂液面处，曝光固化一次树脂，再通过升降装置以及涂覆系统完成新一层树脂的准备工作，从而开始下一层的固化。
FDM快速成型工艺
FDM快速成型技术摘要：随着RP行业的迅速发展，FDM快速成型技术在快速成型制造领域中的作用日趋重要，本文重点阐述了FDM快速成型技术的工作原理，工艺特点，应用领域及未来的发展趋势。
关键词：FDM快速成型工作原理工艺应用1. 引言目前，快速成型(Rapid Prototyping, RP)技术作为研究和开发新产品的有力手段已发展成为一项高新制造技术中的新兴产业。
RP由CAD模型直接驱动，快速地生产出复杂的三维实体样件或零件[1~2]。
RP技术从产生到现在已有10多年历史，并正以35%的年增长率发展着[3]。
熔融沉积快速成型（FDM）是继光固化快速成型和叠层实体快速成型工艺后的另一种应用比较广泛的快速成型工艺。
FDM技术将ABS，PC，PPSF以及其它热塑性材料挤压成为半熔融状态的细丝，由沉积在层层堆叠基础上的方式，从 3D CAD资料直接建构原型。
该技术通常应用于塑型，装配，功能性测试以及概念设计。
此外，FDM技术可以应用于打样与快速制造。
该工艺方法以美国STRATASYS公司开发的FDM制造系统应用最为广泛。
在2004年，STRATASYS 公司的 FDM 快速成型机系列占全球市场 48.5%。
北京航空工艺研究所现拥有一台多功能快速成型机，能完成LOM（叠层实体制造），FDM（熔融沉积制造）和SLS（选择性激光烧结）3种工艺，FDM制件精度可达0.15mm。
2. FDM工作原理2.1 FDM快速成型的原理熔融沉积制造法(FDM)快速成型技术的软件系统由几何建模和信息处理组成。
（1）几何建模单元是设计人员借助三维软件，如Pro/E，UG等，来完成实体模型的构造，并以STL格式输出模型的几何信息。
（2）信息处理单元主要完成STL文件处理、截面层文件生成、填充计算，数控代码生成和对成形系统的控制。
如果根据STL文件判断出成形过程需要支撑的话，先由计算机设计出支撑结构并生成支撑，然后对STL格式文件分层切片，最后根据每一层的填充路径，将信息输给成形系统完成模型的成形。
2.1第二章_快速成型制造工艺--I
ξ2 快速成型制造工艺
支撑结构的作用和类型：
作用：支撑作用和减少翘曲变形。
类型：斜支撑
主要用于支撑悬臂结构部分，在 成型过程中为悬臂提供支承，同 时也约束悬臂的翘曲变形。
直支撑
主要用于支承腿部结构
ξ2 快速成型制造工艺
• 有时为了减少支撑量，以节省材料及方便后处理，也 经常采用倾斜摆放。确定摆放方位以及后续的施加支 撑和切片处理等都是在分层软件系统上实现。 • 对于上述的小扳手，由于其尺寸较小，为了保证 轴部外径尺寸以及轴部内孔尺寸的精度，选择直立摆
放，如图2-2c所示。同时考虑到尽可能减小支撑的批
次，大端朝下摆放。
生聚合反应，选择时有局限性。
需要二次固化
经快速成型系统光固化后的原型树脂并未完 全被激光固化。
较脆，易断裂性能尚不如常用的工业塑料
ξ2 快速成型制造工艺
二、 光固化快速原型的工艺过程
光固化快速原型的制作一般可以分为前处理、原型制作和
后处理三个阶段。
（一）前处理
前处理阶段主要是对原型的CAD模型进行数据转换、摆放方位确定、 施加支撑和切片分层，实际上就是为原型的制作准备数据。下面以某一小 扳手的制作来介绍光固化原型制作的前处理过程。
成型方向选择
表面处理 表面处理
＊＊＊＊＊
切片处理
快速成型制作过程
ξ2 快速成型制造工艺
快速成型制造系统
快 速 成 型 产 品 造 型
产 品 原 型
ξ2 快速成型制造工艺
快速成型制造技术从广义上讲可以分成两类：材料叠加和材料去除。下 图给出了当前众多快速成型工艺根据材料和构建技术不同进行的分类。
ξ2 快速成型制造工艺
ξ2 快速成型制造工艺
快速成型技术的原理工艺过程及技术特点
快速成型技术的原理、工艺过程及技术特点：快速成型属于离散／堆积成型。
它从成型原理上提出一个全新的思维模式维模型，即将计算机上制作的零件三维模型，进行网格化处理并存储，对其进行分层处理，得到各层截面的二维轮廓信息，按照这些轮廓信息自动生成加工路径，由成型头在控制系统的控制下，选择性地固化或切割一层层的成型材料，形成各个截面轮廓薄片，并逐步顺序叠加成三维坯件．然后进行坯件的后处理，形成零件。
快速成型的工艺过程具体如下：l ）产品三维模型的构建。
由于 RP 系统是由三维 CAD 模型直接驱动，因此首先要构建所加工工件的三维CAD 模型。
该三维CAD模型可以利用计算机辅助设计软件（如Pro/E , I-DEAS , Solid Works , UG 等）直接构建，也可以将已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型，或对产品实体进行激光扫描、CT 断层扫描，得到点云数据，然后利用反求工程的方法来构造三维模型。
2 ）三维模型的近似处理。
由于产品往往有一些不规则的自由曲面，加工前要对模型进行近似处理，以方便后续的数据处理工作。
由于STL格式文件格式简单、实用，目前已经成为快速成型领域的准标准接口文件。
它是用一系列的小三角形平面来逼近原来的模型，每个小三角形用3 个顶点坐标和一个法向量来描述，三角形的大小可以根据精度要求进行选择。
STL 文件有二进制码和 ASCll 码两种输出形式，二进制码输出形式所占的空间比 ASCII 码输出形式的文件所占用的空间小得多，但ASCII码输出形式可以阅读和检查。
典型的CAD 软件都带有转换和输出 STL 格式文件的功能。
3 ）三维模型的切片处理。
根据被加工模型的特征选择合适的加工方向，在成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的轮廓信息。
间隔一般取0.05mm~0.5mm，常用 0.1mm 。
间隔越小，成型精度越高，但成型时间也越长，效率就越低，反之则精度低，但效率高。
四大快速成型工艺和优缺点
四大快速成型工艺和优缺点目前世界上的快速成型工艺主要有以下几种：一、FDM –熔融堆积工艺丝状材料选择性熔覆（Fused Deposition Modeling）快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材加热溶化的成型方法，简称FDM。
丝状材料选择性熔覆的原理是，加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动。
热塑性丝状材料（如直径为1.78mm的塑料丝）由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热和溶化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层薄片轮廓。
一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。
这种工艺方法同样有多种材料选用，如ABS塑料、浇铸用蜡、人造橡胶等。
这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，小型系统可用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。
但仍需对整个截面进行扫描涂覆，成型时间长。
适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。
由于甲基丙烯酸ABS（MABS）材料具有较好的化学稳定性，可采用伽马射线消毒，特别适用于医用。
但成型精度相对较低，不适合于制作结构过分复杂的零件。
FDM快速成型技术的优点是：1、制造系统可用于办公环境，没有毒气或化学物质的危险。
2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。
3、可快速构建瓶状或中空零件。
4、原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。
5、可选用多种材料，如可染色的ABS和医用ABS、浇铸用蜡和人造橡胶。
FDM快速原型技术的缺点是：1、精度较低，难以构建结构复杂的零件。
2、垂直方向强度小。
3、速度较慢，不适合构建大型零件。
二、SLA –树脂光固化工艺光敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereolithography）原理的一种工艺，简称SLA，也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速成型技术。
第三章_叠层实体快速成型工艺(专业课堂)
藤蔓课堂
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第二节 叠层实体快速成型的材料和设备
图3-4 Solidimension 藤公蔓司课开堂发的SD 300 叠层打印机
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第二节 叠层实体快速成型的材料和设备
图3-5 SD300 叠层打印机耗材配件及制作的模型
藤蔓课堂
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第二节 叠层实体快速成型的材料和设备
图3-6 HRP系列薄材叠层快速成型机
藤蔓课堂
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第二节 叠层实体快速成型的材料和设备
藤蔓课堂
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第三章 叠层实体快速成型工艺
1 叠层实体制造工艺的基本原理和特点
2 叠层实体快速成型的材料与设备 3 叠层实体快速成型的工艺过程
4 提高叠层实体快速成型制作质量的措施
5 叠层实体制造工艺后置处理中的表面涂覆
6 新型叠层实体快速成型工艺方法
藤蔓课堂
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第三节 叠层实体快速成型的工艺过程
前 处 STL文件
理
切片处理
分
设置工艺参数
层
叠
激光 加热 切片 切碎 切割 辊温 软件 网格
加
速度 度 精度 尺寸
基底制作
原型制作
后 处 余料去除 理
表面质量处理
提高强硬度处理
藤蔓课堂
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第三章 叠层实体快速成型工艺
1 叠层实体制造工艺的基本原理和特点
藤蔓课堂
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第二节 叠层实体快速成型的材料和设备
1.叠层实体快速成型材料
薄层材料:纸、塑料薄膜、金属箔等
粘结剂:热熔胶
制备工艺：涂布工艺
纸的性能要求：
1）抗湿性
2）良好的浸润性
3）抗拉强度
4）收缩率小
5）剥离性能好
快速成型技术及原理
RP技术简介快速原型制造技术，又叫快速成形技术，（简称RP技术）；英文：RAPID PROTOTYPING（简称RP技术），或RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING，简称RPM。
快速成型（RP）技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。
自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一个新兴的技术领域。
RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。
不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。
但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。
形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。
RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。
RP技术的基本原理是：将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地烧结一层接一层的粉末材料（或固化一层又一层的液态光敏树脂，或切割一层又一层的片状材料，或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂）形成一系列具有一个微小厚度的的片状实体，再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。
快速成型机的工艺立体光刻成型sla层合实体制造lom熔融沉积快速成型fdm激光选区烧结法SLS多相喷射固化mjs多孔喷射成型mjm直接壳法产品铸造dspc激光工程净成型lens选域黏着及热压成型SAHP层铣工艺lmp分层实体制造som自美国3D公司1988年推出第一台商品SLA快速成形机以来，已经有十几种不同的成形系统，其中比较成熟的有SLA、SLS、LOM和FDM等方法。
叠层实体快速成型工艺
叠层实体快速成型工艺叠层实体快速成型技术（Layered Solid Rapid Prototyping，LSRP）是一种先进的制造方法，可用于快速实现复杂的三维零件或模型的制造。
与传统的加工方法相比，叠层实体快速成型技术具有更高的精度、更快的速度和更低的成本。
叠层实体快速成型技术的工艺过程可以简单概括为以下几个步骤：首先，根据所需的三维模型或零件的设计图纸，使用计算机辅助设计（CAD）软件将其建模成一个虚拟的三维模型。
然后，将建模好的三维模型导入到叠层实体快速成型机中。
快速成型机会根据模型的数据利用激光束或喷墨等方式逐层制造出实体模型。
在制造过程中，每一层的材料会根据事先设定的参数和路径进行逐层堆积和固化。
常用的材料包括塑料、金属、陶瓷等。
制造完成后，可以通过去除支撑结构、进行表面处理和修整等操作，使得最终成品与设计模型一致。
叠层实体快速成型技术的优势在于其制造过程简单快捷，无需特殊的模具或工具。
这不仅大幅缩短了制造周期，还节省了成本和资源。
同时，叠层实体快速成型技术还可以实现复杂形状的制造，无论是内部空洞还是细节部分都可以精确再现。
这使得该技术在产品开发、原型制作、医学领域等方面有着广泛的应用。
总之，叠层实体快速成型技术作为一种高效、精准和经济的制造方法，已经成为许多行业的重要工具。
随着材料和工艺的不断创新，相信叠层实体快速成型技术将会在未来有更加广泛的应用前景。
叠层实体快速成型（Layered Solid Rapid Prototyping，LSRP）技术是一种基于计算机辅助设计（CAD）的先进制造方法，通过逐层堆积和固化材料，快速制造出复杂的三维实体模型。
LSRP技术不仅可以用于原型制作，还可以直接应用于批量生产。
其工艺流程简单快捷，制造周期短，能够满足各类复杂形状和功能的需求，因此在众多领域得到了广泛的应用。
叠层实体快速成型技术最初由美国麻省理工学院在1980年代提出并发展起来。
随着计算机技术的不断进步和材料科学的发展，LSRP技术得以快速发展。
合工大快速原型课后复习题及解答
合⼯⼤快速原型课后复习题及解答第⼆章光固化快速成型⼯艺1 ．叙述光固化快速成型的原理。
氦－镉激光器或氩离⼦激光器发出的紫外激光束在控制系统的控制下按零件的各分层截⾯信息在光敏树脂表⾯进⾏逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层产⽣光聚合反应⽽固化，形成零件的⼀个薄层。
⼀层固化完毕后，⼯作台下移⼀个层厚的距离，以使在原先固化好的树脂表⾯再敷上⼀层新的液态树脂，刮板将粘度较⼤的树脂液⾯刮平，然后进⾏下⼀层的扫描加⼯，新固化的⼀层牢固地粘结在前⼀层上，如此重复直⾄整个零件制造完毕，得到⼀个三维实体原型。
2 ．光固化快速成型的特点有哪些？优点：（1）成型过程⾃动化程度⾼；（2）尺⼨精度⾼；（3）优良的表⾯质量；（4）可以制作结构⼗分复杂的模型、尺⼨⽐较精细的模型；（5）可以直接制作⾯向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型；（6）制作的原型可以⼀定程度地替代塑料件。
缺点：（1）制件易变形，成型过程中材料发⽣物理和化学变化；（2）较脆，易断裂性能尚不如常⽤的⼯业塑料；（3）设备运转及维护成本较⾼，液态树脂材料和激光器的价格较⾼；（4）使⽤的材料较少，⽬前可⽤的材料主要为感光性的液态树脂材料；（5）液态树脂有⽓味和毒性，并且需要避光保护，以防⽌提前发⽣聚合反应，选择时有局限性；（6）需要⼆次固化3．光固化材料的优点有哪些？光固化树脂主要分为⼏⼤类？优点：（1）固化快（2）不需要加热（3）可配成⽆溶剂产品（4）节省能量。
（5）可使⽤单组分，⽆配置问题，使⽤周期长。
（6）可以实现⾃动化操作及固化，提⾼⽣产的⾃动化程度，从⽽提⾼⽣产效率和经济效益。
分类：(1)⾃由基光固化树脂(2)阳离⼦光固(3)混杂型光固化树脂4．光固化成型⼯艺过程主要分为⼏个阶段，其后处理⼯艺过程包括哪些基本步骤？阶段：前处理、原型制作和后处理三个阶段。
后处理步骤：（1）原型叠层制作结束后，⼯作台升出液⾯，停留5~10min（晾⼲）；（2）将原型和⼯作台⼀起斜放景⼲，并将其浸⼊丙酮、酒精等清洗液中，搅动并刷掉残留的⽓泡，45min后放⼊⽔池中清洗⼯作台；（3）由外向内从⼯作台上取下原型，并去除⽀撑结构；（4）再次清洗后置于紫外烘箱中进⾏整体后固化。
@3叠层实体快速成型工艺共41页
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
谢谢！Leabharlann 36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
层叠实体制造-LOM
层叠实体制造-LOM叠成分层实体制造（Laminated Object Manufacturing：LOM）一、概念LOM工艺将单面涂有热溶胶的纸片通过加热辊加热粘接在一起。
位于上方的激光器按照C AD分层模型所获数据，用激光束将纸切割成所制零件的内外轮廓，然后新的一层纸再叠加在上面通过热压装置和下面已切割层粘合在一起，激光束再次切割，这样反复逐层切割、粘合、切割，直至整个零件模型制作完成。
LOM原理：将CAD模型输入成型系统，通过切片软件进行切片处理。
系统组成：计算机、原材料存储及送进机构、热粘压机构、激光切割系统、可升降工作台和数控系统、模型去除装置和机架。
控制系统与控制软件控制对象：材料送进、热压辊、扫描与切割、工作台、温度控制、激光能量控制。
控制软件：STL格式文件的纠错和修补软件。
三维模型的切片软件激光切割速度与切割功率的自动匹配软件激光束宽度的自动补偿软件材料处理系统制造过程：1、原材料存储及送进机构将存于其中的原材料，按照每层所需材料的送进量将材料送至工作台上方。
2、热粘压机构将一层层材料粘结在一起。
3、激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线，逐一在工作台上方的材料上切割出轮廓线，并将无轮廓区切割成小方网格，为了在成型之后能剔除废料。
4、可升降工作台由伺服电动机经精密滚珠丝杠驱动，用精密直线滚珠导轨导向，从而能在高度方向做快速、精密往复运动。
分层实体特点：优点：◎原材料价格便宜，原型制作成本低◎制件尺寸大◎无须后固化处理◎无须设计和制作支撑结构◎废料易剥离◎能承受高达200℃的高温（热物性与机械性能好，可实现切削加工0◎原型精度高◎设备可靠性好，寿命长◎操作方便缺点：◎不能直接制作塑料工件◎工件的抗拉强度和弹性不够好◎工件易吸湿膨胀◎工件表面有台阶纹，需打磨层叠实体制造工艺的分层叠加过程（1）叠层实体制造工艺参数：1）激光切割速度2）加热辊温度与压力3）激光能量4）切碎网格尺寸（2）原型制造过程：1）基底制作2）原型制作层叠实体制造误差分析：1）CAD模型的前处理造成的误差2）设备精度误差3）成形过程中的误差4）成型之后环境变化引起的误差提高层叠实体制造精度的措施：1）在保证成型件形状完整平滑的情况下，在进行STL转换时，尽量避免过高的精度。
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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因部分水分损失而 导致变形。 5）剥离性能好。 6）易打磨。 7）稳定性。保证成型零件可长时间保存。
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.2
LOM材料
2、热熔胶
材 料 与 设 备
要求：
1）良好的热熔冷固性 。 2）在反复“熔融—固化”条件下，具有较好的物理化学
材 料 与 设 备
●X,Y扫描机构 ●Z轴升降机构 ●走纸机构 ●激光系统
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.2
SSM快速成型机 设备结构简介 2.电气控制系统
材 料 与 设 备
主要由数控和温控两部分组成，同时兼有一些辅助系统， 例如测高、断纸检测等。
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.2
SSM快速成型机 控制软件
第3章 叠层实体快速成型工艺
LOM应用
运用 LOM 快速原型系统于铸造应用 运用LOM 快速原型系统所制作之原型件，可以于铸造前进行砂模制作， 以利后续金属浇注作业，翻制金属件。
第3章 叠层实体快速成型工艺
LOM应用
LOM 快速原型件(左)与铸造成品(右)
第3章 叠层实体快速成型工艺
小汽车车身模型
用环氧树脂材料涂覆表面，提高原型尺寸稳定性和寿命等。 （P56）
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.4
LOM成型件误差产生原因：
提 高 成 型 质 量 的 措 施
1、前处理产生的误差
STL格式转换造成的误差 分层切片造成的误差
2、设备精度误差
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.4
LOM成型件误差产生原因：
原则：在保证可靠粘接的情况下，尽可能涂得薄，以减少变形、溢胶 和错移。
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.2
LOM设备
研究单位 美国: Helisys公司——LOM系列
日本:Kira公司 新加坡: Kinergy公司 清华大学: SSM系列 华中科技大学: HRP系列
材 料 与 设 备
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.3
后处理
工 艺 过 程
1、去除余料 2、修补、打磨、抛光、表面涂覆
提高原型表面质量和机械强度，
保证原型尺寸稳定性、精度等方面的要求
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.3
LOM工艺原型制作实例
工 艺 过 程
用SSM-800成型机来制作一个原型样件。该件为一个标准测试件， 其外形尺寸为200 mm x 150 mm x 20 mm，单个制作过程大约需 要3--4h。
特的优越性。
第3章 叠层实体快速成型工艺
LOM应用
运用 LOM 快速原型系统所制作薄壳件
第3章 叠层实体快速成型工艺
LOM应用
运用 LOM 快速原型系统所制作太极球
第3章 叠层实体快速成型工艺
LOM应用
运用 LOM 快速原型系统所制作汽车零组件
第3章 叠层实体快速成型工艺
LOM应用
运用 LOM 快速原型系统所制作出几何形状复杂之原型件
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.3
LOM工艺原型制作实例 1. 数据准备 (1) 加载零件的STL文件
工 艺 过 程
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.3
1. 数据准备 LOM工艺原型制作实例
工 艺 过 程
(2) 参数设置
设置工作中心、分层厚度、网格间距、边框大小等基本参数。
(3) 分层切片、加网格和边框
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.1
LOM, Laminated Object Manufacturing
基 本 原 理 和 特 点
LOM原理图
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.1
基 本 原 理 和 特 点
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.1
优点
1、 只需要使激光束沿着物体的轮廓进行切割，无需 扫描整个断面，是一个高速的快速原型工艺。常用 于加工内部结构简单的大型零件及实体件。
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.2
LOM设备
材 料 与 设 备
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.2
SSM快速成型机
材 料 与 设 备
采用二氧化碳激光器在 数控系统控制下切割涂 覆纸，通过热压层层粘 接成型。
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.2
SSM快速成型机 设备结构简介 1.机械结构 ●设备本体
稳 定性 。 3）与纸具有足够的粘结强度 。 4）良好的废料分离性能 。
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.2Байду номын сангаас
LOM材料
3、涂布工艺
材 料 与 设 备
●涂布形状—采用均匀式涂布还是非均匀涂布
均匀涂布采用狭缝式刮板进行涂布；
非均匀涂布有条纹式和颗粒式， 非均匀涂布可以减少应力集中，但 布设备比较贵 。
●涂布厚度—在纸材上涂多厚的胶
基 本 原 理 和 特 点
5、 难以构建精细形状的零件，即仅限于结构简单的零
件。
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.2
LOM材料
材 料 与 设 备
成型材料多为涂有热熔胶的纸材（塑料薄膜、金属箔），
层与层之间的粘结靠热熔胶保证。
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.2
LOM材料
1、纸
材 料 与 设 备
要求：
3.2
LOM设备
材 料 与 设 备
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.2
LOM设备
材 料 与 设 备
主要性能和技术指标 1、成型材料：纸基薄材、塑胶、复合材料 2、成型规格：812*550*508mm 3、成型精度： X轴+-0.01“/15” Y轴+-0.01“/10” Z轴+-0.02“/10” 4、切割速度：500mm/sec
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.3
2. 快速原型制作 LOM工艺原型制作实例
工 艺 过 程
(1) 设备准备
打开控制面板上的温控开关，将热压板温度加热到设定值，并保 持10 min左右。
同时确保设备的机械系统及光路系统状态良好。
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.3
2. 快速原型制作 LOM工艺原型制作实例
提 高 成 型 质 量 的 措 施
3、成型过程产生的误差
不一致的约束 成型功率控制不当 切碎网格尺寸设定不合理 工艺参数不稳定
（温度、压力、功率、速度）
复杂内应力，使工件产生翘曲变形
长时间成型、成型大工件
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.4
LOM成型件误差产生原因：
提 高 成 型 质 量 的 措 施
前处理
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.3
原型制造过程
工 艺 过 程
1、基底制作
实现原型与工作台之间的连接 避免起件时破坏原型
2、原型制作
激光切割速度（ ∝ 原型表面质量、制作时间） 激光能量（∝切割速度，切割纸材的的厚度）
关键参数
加热辊温度与压力
切碎网格尺寸（∝余料去除的难易，原型表面质量）
第3章 叠层实体快速成型工艺
材 料 与 设 备
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.2
SSM快速成型机 控制软件 设置设备参数、工艺参数
材 料 与 设 备
①运动速度
②路径参数 ③工作台参数 ④热压参数 ⑤激光功率匹配
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.3
工 艺 过 程
1、 CAD模型及STL文件 2、模型的切片处理 3、原型制造过程 4、后处理
（形状简单：网格尺寸↑ （形状复杂或内部有废料：零件外部-大网格；零件内部-小网格）
提 高 成 型 质 量 的 措 施
●控制制件热湿变形
对CAD模型进行反变形修正 采用新材料、新的涂胶方法 改进后处理方法：充分冷却、及时进行表面涂覆等
第3章 叠层实体快速成型工艺
LOM应用
LOM虽然在精细产品和类塑料件等方面不及SLA具有 优势，但是在比较厚重的结构件模型、实物外观模型、 制鞋业、砂型铸造、快速模具木模等方面的应用有其独
工 艺 过 程
(2) 启动成型软件，载入层片文件
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.3
2. 快速原型制作 LOM工艺原型制作实例 (3) 选择工艺参数 (4) 造型
工 艺 过 程
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.3
3. 取型及后处理 LOM工艺原型制作实例
工 艺 过 程
用铲子等将成型件从工作台上取下。 用铲子或刻刀将切成网格状的无用方块剥下。 用砂纸轻轻打磨外表面，刷上木工用清漆或油漆，干燥后 即可长期保存。
2、原材料价格便宜，原型制作成本低。 3、 无需设计和构建支撑结构。 4、原型精度高。 5、生产效率高。
基 本 原 理 和 特 点
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.1
缺点
1、不能直接制作塑料工件 。
2、工件（薄壁件）抗拉强度和弹性不够好。 3、可实际应用的原材料种类较少，尽管可选用若干原材 料，例如纸、塑料、陶土以及合成材料，但目前常用 的只是纸，其他箔材商在研制开发中。 4、表面比较粗糙，工件表面有明显的台阶纹，成型后要 进行打磨。
4、成型后环境变化引起的误差（热、湿变形） 5、后处理不当引起的误差
去除余料引起的误差
表面处理产生的误差
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.4
提高LOM成型件精度的措施： ●设置合理的STL转换精度 （RP设备精度、零件形状的复杂程度等） ●精度要求高的轮廓尽可能放置在X-Y平面 ●根据零件形状设定切碎网格尺寸