@叠层实体快速成型工艺
叠层实体快速原型制造工艺的基本原理
叠层实体快速原型制造工艺的基本原理一、引言叠层实体快速原型制造工艺是一种快速制造技术，它可以通过层层堆叠材料来构建三维实体模型。
该技术的优点是快速、灵活、经济，因此在工业设计、医疗器械、航空航天等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍叠层实体快速原型制造工艺的基本原理。
二、基本原理1. 快速成型技术概述快速成型技术（Rapid Prototyping，RP）是指利用计算机辅助设计（CAD）系统将设计模型转化为数字化的三维模型，并通过控制设备对材料进行逐层堆积或逐点加工的方式，直接制造出物理模型或零件的一种现代化制造技术。
2. 叠层实体快速原型制造工艺流程叠层实体快速原型制造工艺流程包括：CAD建模、STL文件生成、切片处理、机器参数设置和加工过程控制等步骤。
3. STL文件生成STL（STereoLithography）文件是一种三角面片格式文件，它描述了一个三维对象表面的几何形状。
在CAD软件中，用户可以将设计模型导出为STL格式文件。
4. 切片处理切片处理是将STL文件分割成多层二维图形的过程，每一层都代表着三维模型的一个截面。
切片厚度的大小决定了最终模型的精度和表面光滑度。
5. 机器参数设置机器参数设置包括材料选择、加工速度、温度控制等参数设置。
不同材料需要不同的加工参数，这些参数会影响到最终模型的质量和性能。
6. 加工过程控制加工过程控制是指通过计算机程序对设备进行控制，使其按照预定路径进行加工。
该过程需要保证设备在加工过程中稳定运行，并及时检测和纠正可能存在的误差。
7. 层层堆积原理叠层实体快速原型制造工艺通过将材料逐层堆积来构建三维实体模型。
在每一层堆积完成后，需要对其进行固化或热塑处理，以保证其稳定性和可操作性。
常用的堆积方式有激光束烧结、喷墨技术、熔融沉积等。
8. 激光束烧结原理激光束烧结是通过高能量激光束将粉末材料进行局部熔化和固化的一种加工方式。
在加工过程中，激光束按照预定路径扫描，将粉末材料逐层烧结成实体模型。
叠层制造技术
2013/11/10
西安工业大学
2013/11/10
西安工业大学
谢谢！
2013/11/10
西安工业大学
2013/11/10
西安工业大学
一、基本原理和特点
由计算机、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和机架等组成。 首先在工作台上制作基底，工作台下降，送纸滚筒送 进一个步距的纸材，工作台回升，热压滚筒 滚压背面 涂有热熔胶的纸材，将当前迭层与原来制作好的迭层 或基底粘贴在一起，切片软件根据模型当前层面的轮 廓控制激光器进行层面切割，逐层制作，当全部迭层 制作完毕后，再将多余废料去除。
2013/11/10
西安工业大学
2013/11/10
西安工业大学
二、叠层实体制造工艺
叠层制造工艺，即工业版的3D打印技术，已经可以用
于生产一些小部件，比如说医用假体、设计产品原型、 工程模型等。但是GE公司已经将其用途扩大到了利用 金属粉末“打印”喷气式飞机引擎，这是3D打印技术 发展史上的里程碑，充分展示了叠层制造工艺可以带 来的商业价值。
2013/11/10 西安工业大学
缺点
不能直接制作塑料工件源自 工件的抗拉强度和弹性不够好
工件表面有台阶纹 工件易吸湿膨胀
2013/11/10
西安工业大学
HRP-III LOM 激光快速成型机
HRP-III LOM 激光快速成型机是华中理工大学快速制
造中心与武汉滨湖机电技术产业有限公司生产的用于 快速原型制造的商品化设备，该设备可在无人看管下 运行，其主要技术指标可达到世界先进水平。
2013/11/10
西安工业大学
3、LOM原型在制鞋业中的应用
特种加工-第十一讲 快速成型工艺(1)
（4）工作台上升到 容器上部，排掉剩余树 脂，从SL机取走工件。
（5）用溶剂清除多
余树脂，然后将工件放
入后固化装置，经过一
定时间紫外曝光后，工
件完全固化。大多数零
件的固化时间不小于
图11.3 紫外线室固化
30min。
叠层实体制造的基本原理
图11.5 叠层实 体制造 原理示 意图
叠层实体制造的过程
计算机沿三维模型的高度方向提 取一系列的横截面轮廓线,发出控制 指令。
原材料存储及送进 机构将存于其中的涂胶 纸带，逐步送至工作台 的上方。
热粘压机构将单面涂有热熔胶的胶纸带通过加热辊加热 加压，一层层粘合在一起。
5）废料的分离较费时间。
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Wolverine World Wide 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软件和 Helysis公司的LOM快速原型加工技术是Wolverine World Wide 公司成功的关键。
叠层实体快速成型的特点 优点：
1）设备价格低廉，因采用小功率CO2激光器、不仅 成本低廉，而且使用寿命也长；
2）造型材料一般为涂有热熔树脂及添加剂的纸，制 造过程中无相变，精度高，收缩和翘曲变形小，几何尺寸 稳定性好，可用通常木材加工的方法对表面进行抛光；
3）造型材料成本低，国产材料价格为每公斤30元左右， 附件成本远比SL方法便宜，这一点对于中等以上尺寸的制 件尤为明显；
Wolverine 的设计师们首先设计鞋底和鞋跟的三维光照模型 模型或图形，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。
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。
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。
先进制造-快速成形技术-薄片分层LOM
用CO2激光器在刚粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工 件外框，并在截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下 对齐的网格；激光切割完成后，工作台带动已成形的工件下 降，与带状片材分离；供料机构转动收料轴和供料轴，带动 料带移动，使新层移到加工区域；工作台上升到加工平面； 热压辊热压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚；再 在新层上切割截面轮廓如此反复直至零件的所有截面切割、 粘接完，得到三维的实体零件。
较便宜，运行成本和设备投资较低，故获得了一定的应用。
可以用来制作汽车发动机曲轴、连杆、各类箱体、盖板等零 部件的原形样件。
工 艺 样 件
快速成形技术发展趋势
如今的快速成形技术已经作为一种基本方法被广泛应 用于各个领域。随着社会的不断发展和市场需求的不 断变化，快速成形技术将迎来新的发展契机。 快速成形工业将会在未来几年发生巨大的变化，主要
5、 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。
6、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。
LOM分层叠加成形设备
设备组成： ①激光系统 ②走纸机构 ③X、Y扫描机构 ④Z轴升降机构 ⑤加热辊
3. 应用 薄片分层叠加快速成形工艺和设备由于其成形材料纸张
快速成形工艺
——薄片分层叠加成形LOM
成员：陈卓 张昊
李涛 严之良 谢凯
薄片分层叠加成形(LOM—Laminated Object Manufacturing)
又称叠层实体制造或分层实体制造，由美国Helisys公 司于1986年研制成功，并推出商品化的机器。因为常用纸作 原料，故又称纸片叠层法。 1. LOM工艺原理 采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等作为成形材料，片材 表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，用CO2激光器（或刀） 在计算机控制下按照CAD分层模型轨迹切割片材，然后通过 热压辊热压，使当前层与下面已成形的工件层粘接，从而堆 积成型。
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。
第三章_叠层实体快速成型工艺(专业课堂)
藤蔓课堂
12
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
13
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
14
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
15
第二节 叠层实体快速成型的材料和设备
藤蔓课堂
16
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
17
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
7
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
四大快速成型工艺和优缺点
;..
.
1、 与其他工艺相比，能生产最硬的模具。 2、 可以采用多种原料，例如绝大多数工程用塑料、蜡、金属、陶瓷等。 3、 零件的构建时间短，可达到 1in/h 高度。 4、 无需对零件进行后矫正。 5、 无需设计和构造支撑。 选择性烧结的最大优点是可选用多种材料，适合不同的用途、所制作的原型产品具有较高的硬度，可进行 功能试验。 SLS 快速原型技术缺点是： 1、 在加工前，要花近 2 小时的时间将粉末加热到熔点以下，当零件构建之后，还要花 5-10 小时冷却， 然 后才能将零件从粉末缸中取出。 2、 表面的粗糙度受到粉末颗粒大小及激光点的限制。 3、 零件的表面一般是多孔性的，为了使表面光滑必须进行后处理。 4、 需要对加工室不断充氮气以确保烧结过程的安全性，加工的成本高。 5、 该工艺产生有毒气体，污染环境。
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。 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。成型过程开始时，可升降的工作 台处于液面下一个截面层厚的高度，聚焦后的激光束，在计算机的控制下，按照截面轮廓的要求，沿液面 进行扫描，使被扫描区域的树脂固化，从而得到该截面轮廓的塑料薄片。然后，工作台下降一层薄片的高 度，以固化的塑料薄片就被一层新的液态树脂所覆盖，以便进行第二层激光扫描固化，新固化的一层牢固
快速成型技术典型成型工艺
（2）按制造工艺原理分以下几种
熔融沉积技术 (FDM)
激光固化成型 （SLA）
分层实体制造 (LOM)
三维喷涂粘结 (3DP)
选择性激光烧结 (SLS)
光固化快速成型
液态 通过计算机控制紫外激光，按预定零件各分层截面的轮廓轨迹对液态树 脂逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合（固化）反应，从而形成零件的一个 薄层截面。完成一个扫描区域的液态光敏树脂固化层后，工作台下降一个层厚，使固 化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，然后重复扫描、固化，新固化的一层牢固 粘接在一层上，如此反复直至完成整个零件的固化成型。
叠层实体制造成型
纸、塑料薄膜等 先在片材表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，用CO2激光器在计 算机控制下按照CAD分层模型轨迹切割片材，然后通过热压辊热压，使当前层与 下面已成型的工件层黏结，从而堆积成型。 原料价格便宜，制作成本低廉，无需支撑结构，多余材料容易剔除 ，精度理想。 成型材料利用率不高，材料浪费率。
快速成型技术 典型成型工艺
本节 知识点
1 了解光固化快速成型
2 了解叠层实体制造成型
3 了解选择性激光烧结成型
4 了解熔融沉积制造
5 了解三维喷涂粘接成型
6 3D打印成型工艺比较
（1）按所使用的材料的状态、性能特征分为： • 液态聚合、固化：原材料是液态的，利用光能
或热能使特殊的液态聚合物固化从而形成所需 的形状-激光固化成型（SLA）
• 粉末烧结与粘结：原材料是固态粉末，分别通 过激光烧结或用粘结剂粘结把材料粉末连接起 来-选择性激光烧结（SLS）
• 丝材、线材熔化粘结：原材料为固态的丝材、或线 材，通过升温使其熔化并按指定的路线堆砌出需
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。
第7章 薄材叠层快速成形技术
3、数控系统基本的控制对象
数控系统基本控制对象为材料送进(R轴)、热压辊移动(H 轴)、扫描与切割(X轴、y轴)、工作台(Z轴)、温控、激 光能量控制等。 这是一个两级控制系统，由此产生了上、下位机。 第一级的下位机负责完成运动轴闭环控制及信息反馈。 这里实时切片厚度参数由智能模板CPU完成，并且由两块 智能化控制模块负责五轴伺服控制。 第二级的上位机用于整个数控系统的集中管理，由工业 控制计算机完成动态仿真、适时切片、键盘管理、信息 处理、参数设臵与显示，并向控制计算机发送切片数据 及控制命令。
天津科技大学 Tianjin University of Science & Technology
天津科技大学 Tianjin University of Science & Technology
原理：Laminated-object manufacturing (LOM)薄形材料选择性切割，直
天津科技大学 Tianjin University of Science & Technology
天津科技大学 Tianjin University of Science & Technology
工艺 原理
天津科技大学 Tianjin University of Science & Technology
天津科技大学 Tianjin University of Science & Technology
最新进展
The LOM™ developer continues to improve the process with sheets of stronger materials such as plastic and metal. Now available are sheets of powder metal (bound with adhesive) that can produce a "green" part. The part is then heat treated to sinter the material to its final state.
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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
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
3.2
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
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
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
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
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。
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
（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
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：
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
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
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：
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
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。
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。
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
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
1）抗湿性。 2）良好的浸润性。
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
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
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
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。