LOM分层实体制造 PPT课件
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叠层实体快速成型工艺课件(PPT 39页)
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。
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
1、 CAD模型及STL文件
艺
2、模型的切片处理
前处理
过
3、原型制造过程
程 4、后处理
3.3
工 艺 过 程
第3章 叠层实体快速成型工艺
原型制造过程 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
关键参数
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） 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
3.3
后处理
工
1、去除余料
艺
过
2、修补、打磨、抛光、表面涂覆
程
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
3.2
2、热熔胶
材 料 要求：
1）良好的热熔冷固性 。
与 2）在反复“熔融—固化”条件下，具有较好的物理化学 设稳
定性 。
备 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
材 料 与 设 备
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。
LOM分层制造技术课件
装配
根据山东长通通讯公司提出的信号发 生器产品开发要求，利用HRP-III 型LOM 激光快速成型机按三维计算机模型进行各 零部件快速原型制造，本图为该产品的部 分零件的LOM原型。
底座 上盖
根据山东聊城中通客车股份有
限公司提出的博发豪华客车外观设计 开发要求，利用CAD/CAM软件UGII 进 行 外 观 设 计 后 ， 使 用 HRP-III 型 LOM 激光快速成型机按三维计算机 模型进行整车快速原型制造，上图为 博 发 豪 华 客 车 在 LOM 模 型 上 喷 漆 和 必要的装饰处理后的效果图。经专家 和业内人士对其外观结构评估，得到 高度认同和赞赏。
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。
（4）延长原型的寿命；
（5）易于表面打磨等处理；（6）经涂覆处理后，原型可更好地用
于装配和功能检验。
纸材的最显著缺点是对湿度极其敏感，LOM原型吸湿后叠层方 向尺寸增长，严重时叠层会相互之间脱离。为避免因吸湿而引起的这 些后果，在原型剥离后短期内应迅速进行密封处理。表面涂覆可以实 现良好的密封，而且同时可以提高原型的强度和抗热抗湿性。
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 机能快速地修改模型，根据需要，可再产生相应的LOM模型和式 样。
LOM快速成型系统简介及金属功能件的分层
（6）叠层方向和垂直于叠层方向上的机械特性差异非常大。
自强不息
LOM 对基体薄片材料的要求
（1）厚薄均匀； （2）力学性能良好； （3）与粘结剂有较好的涂挂性和粘结能力。
自强不息
LOM对粘结剂性能的要求
（1）良好的热熔冷固性能（室温固化）；
（2）在反复“熔融-固化”条件下物理化学性能稳定；
（3）熔融状态下与薄片材料有较好的涂挂性和涂匀性； （4）足够的粘结强度； （5）良好的废料分离性能。
式中，
自强不息
基于CNC的自适应直接分层制造方法
自由形状曲面，精确计算c值比较困难。 为此，在需要改变层厚时，按照系统内定的数量级反 复调整层厚d，直至满足条件判别式（2），这样即可 找出合适的层厚，实现自适应分层，但重复计算的次 数较多。
自强不息
基于CNC的自适应直接分层制造方法
为了解决上述问题，并考虑到便于在数控铣床上 实现分层切削，提出了一种等分初始层厚h的层 厚修正算法，即
自强不息
基于CNC的自适应直接分层制造方法
两种层厚修正的实例比较:
结论：在相同的成型精度下，等分初始层厚h的层厚修 正算法寻找最佳层厚的速度快，重复计算量少。 自强不息
参考文献
【1】左红艳. 薄材叠层快速成型件精度影响因素及应用研 究[D]. 昆明理工大学, 2006年。 【2】陈从升, 袁根福. 基于LOM的快速成型及其在产品开 发中的应用[J]. 模具制造, 2005年, 第7期。 【3】张健, 芮延年, 陈洁. 基于LOM的快速成型及其在产 品开发中的应用[N]. 苏州大学学报, 2008年, 第28卷第4 期。 【4】郭平英. 大厚度金属功能零件LOM技术的层厚分析 [J]. 机械管理开发, 2005年, 第6期。 【5】李鹏南, 陈安华, 彭成彰. 基于CNC的自适应直接分 层制造方法研究[J]. 制造技术与机床, 2007年, 第6期。
快速成型的技术ppt课件
的。E.M.Sachs于1989年申请了3DP（Three-Dimensional Printing） 专利，该专利是非成形材料微滴喷射成形范畴的核心专利之一。3DP 工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金属粉末。 所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接 剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接剂粘接的 零件强度较低，还须后处理。具体工艺过程如下：上一层粘结完毕后， 成型缸下降一个距离（等于层厚：0.013～0.1mm）,供粉缸上升一高 度，推出若干粉末，并被铺粉辊推到成型缸，铺平并被压实。喷头在 计算机控制下，按下一建造截面的成形数据有选择地喷射粘结剂建造 层面。铺粉辊铺粉时多余的粉末被集粉装置收集。如此周而复始地送 粉、铺粉和喷射粘结剂，最终完成一个三维粉体的粘结。未被喷射粘 结剂的地方为干粉，在成形过程中起支撑作用，且成形结束后，比较 容易去除。
• 该工艺的特点是成形速度快，成形材料价格低，适合做 桌面型的快速成形设备。并且可以在粘结剂中添加颜料， 可以制作彩色原型，这是该工艺最具竞争力的特点之一， 有限元分析模型和多部件装配体非常适合用该工艺制造。 缺点是成形件的强度较低，只能做概念型使用，而不能做 功能性试验。
• 三维印刷(3DP)－－高速多彩的快速成型工艺
料（ABS等）、陶瓷粉、金属粉、砂等，可以在航空，机 械，家电，建筑，医疗等各个领域应用。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
• 主要工艺：
•
RP技术结合了众多当代高新技术：计算机辅助设计、
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 ）－制作大型铸件的快速成型工艺
• 该工艺的特点是成形速度快，成形材料价格低，适合做 桌面型的快速成形设备。并且可以在粘结剂中添加颜料， 可以制作彩色原型，这是该工艺最具竞争力的特点之一， 有限元分析模型和多部件装配体非常适合用该工艺制造。 缺点是成形件的强度较低，只能做概念型使用，而不能做 功能性试验。
• 三维印刷(3DP)－－高速多彩的快速成型工艺
料（ABS等）、陶瓷粉、金属粉、砂等，可以在航空，机 械，家电，建筑，医疗等各个领域应用。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
• 主要工艺：
•
RP技术结合了众多当代高新技术：计算机辅助设计、
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 ）－制作大型铸件的快速成型工艺
LOM分层实体制造
分层实体制造方法与其他快速原型制造技术相比，具有制 作效率高、速度快、成本低等优点，在我国具有广阔的应用前 景。
LOM 原型成型的一般工艺过程
LOM成型的全过程可以归纳为前处理、分层 叠加成型、后处理3个主要步骤。具体的说， LOM成型的工艺过程大致如下： (1)图形处理阶段。制造一个产品，首先通过 三维造型软件(如：Pro／E、UG、SolidWorks)进 行产品的三维模型构造，然后将得到的三维模型 转换为STL格式，再将STL格式的模型导人到专 用的切片软件中(如华中科大的HRP软件)进行切 片。
LOM（分层实体制造法）快速成形系统的成形原理：
LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等。片材 表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，热压辊热压片材， 使之与下面已成形的工件粘接；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(料带)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 所有截面粘接、切割完，得到分层制造的实体零件。
分层实体制造
分层实体制造
• LOM工艺称为分层实体制造，由美国Helisys公司的 Michael Feygin于1986年研制成功。该公司已推出 LOM-1050和LOM-2030两种型号成形机。 • 研究LOM工艺的公司除了Helisys公司，还有日本 Kira公司、瑞典Sparx公司、新加坡Kinergy精技私人 有限公司、清华大学、华中理工大学等。 • LOM是几种最成熟的快速成型制造技术之一。这种制 造方法和设备自1991年问世以来，得到迅速发展。由 于叠层实体制造技术多使用纸材，成本低廉，制件精度 高，而且制造出来的木质原型具有外在的美感性和一些 特殊的品质，因此受到了较为广泛的关注，在产品概念 设计可视化、造型设计评估、装配检验、熔模铸造型芯、 砂型铸造木模、快速制模母模以及直接制模等方面得到 了迅速应用。
第7章 分层实体制造工艺及材料
Nantong Institute of Technology
7.2 成型原理及工艺
7.2.3 工艺特点
优点： （1）原型制件精度高。 （2）原型制件耐高温，具有较高的硬度和良好的力学性能。 （3）成型速度较快。 （4）直接用CAD模型进行数据驱动，无需准备工装夹具。 （5）无须另外设计和制作支撑结构。 （6）制件可以直接使用，无需进行后矫正和后固化处理。 （7）不受复杂三维形状及成型空间的影响； （8）原材料相对比较便宜，可在短时间内制作模型，交货快，费用省。
4）再次涂覆同样的混合后的环氧树脂材料，以填充
表面的沟痕并长时间固化，如图2所示。
图1 剥离后的原型经过砂布打磨前后表面形态示意图 图2 涂覆两遍环氧树脂后的原型表面形态示意图
Nantong Institute of Technology
7.2 成型原理及工艺
7.2.2 成型工艺
5）对表面已经涂覆了坚硬的环氧树脂材料的原型再次 用砂布进行打磨，打磨之前和打磨过程中应注意测量原型 的尺寸，以确保原型尺寸在要求的公差范围之内。
LOM成型设备结构原理图
Nantong Institute of Technology
7.1 概述
Michael Feygin于1984年提出了LOM设 想，并于1985年组建了Helisys公司(后为 Cubic Technologies公司)，于1990年开发出 了世界上第一台商用LOM设备LOM-1015。 Helisys公司研制出多种LOM工艺用的成型材 料，可制造用金属薄板制作的成型件，该公 司还与Dayton大学合作开发基于陶瓷复合材 料的LOM工艺。
7.2 成型原理及工艺
7.2.2 成型工艺
表面涂覆的具体工艺过程如下：
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-第二章(2.4 3DP-2.5LOM)
2.5 分层实体制造成型工艺（LOM）
前 处 理 分 层 叠 加
STL文件
切片处理
设置工艺参数
激光 加热 切片 切碎 切割 辊温 软件 网格 速度 度 精度 尺寸
基底制作
原型制作
后 处 理
余料去除
表面质量处理
在叠层实体快速成型机上，截面轮廓被切割和叠合后所成的制品如下图所示。 其中，所需的工件被废料小方格包围，剔除这些小方格之后，便可得到三维工件。
截面轮廓及网格废料
2.5 分层实体制造成型工艺（LOM）
2.5.2 使用材料
LOM工艺使用的成型材料是为单面涂覆有热熔性黏结剂的片状材料，由基体材料和 粘结剂组成。常用于LOM工艺的基体材料有纸片材、金属片材、陶瓷片材和复合材料 片材等，因为涂覆纸价格较为便宜，所以目前的LOM基体材料主要为纸材。 基于LOM工艺所用材料特点，采用该工艺成型时必须注意以下问题： （1）由于主要采用纸片材作为基体，又需要剥离废料，因此制作复杂的薄壁件非常 困难，需要注意提高制件的强度和刚度 。 （2）需保证成形材料能够被可靠地送入设备。 （3）热熔胶涂覆纸厚薄往往不均匀，制件高度方向上的精度较难以保证。 （4）使用涂覆纸材料成型的制件容易吸潮变形，要注意调节环境的湿度，或进行防 潮后处理。
Voxeljet公司制造的砂模以及用该砂模铸造的金属零件
第一节 三维喷涂粘结快速成型工艺
a) 结构陶瓷制品
b) 注射模具
图6-2 采用3DP工艺制作的结构陶瓷制品和注射模具
图6-3 经过3DP工艺制作的金属制件
2.5 分层实体制造成型工艺（LOM）
分层实体制造技术（Laminated Object Manufacturing，LOM）是几 种最成熟的快速成型制造技术之一。这种制造方法和设备自1991年问世 以来，得到迅速发展。由于叠层实体制造技术多使用纸材，成本低廉， 制件精度高，而且制造出来的木质原型具有外在的美感性和一些特殊的 品质，因此受到了较为广泛的关注，在产品概念设计可视化、造型设计 评估、装配检验、熔模铸造型芯、砂型铸造木模、快速制模母模以及直 接制模等方面得到了迅速应用。
简述分层实体制造 lom加工方法的工艺原理
简述分层实体制造 lom加工方法的工艺原理分层实体制造（LOM）是一种快速原型制造技术，其工艺原理基于层层叠加材料的概念。
该方法将原始材料（通常为纸、铝箔或塑料）分层切割成所需形状，然后将每一层叠加在一起，使用热压或粘合技术将其固定在一起。
随着每层的添加，最终的实体形状被逐渐构建。
LOM加工方法的工艺原理与其他快速原型制造技术有所不同，更注重材料的叠加和热压或粘合技术的应用。
这种方法的主要优点是，它可以使用广泛的材料进行制造，从而适用于多种应用场景。
此外，材料成本较低，制造速度也可达到较高水平，因此LOM是一种受欢迎的原型制造技术。
- 1 -。
第六章 LOM技术
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33
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七、应用
29
1、直接制造金属零件 、 (1)硅橡胶模过渡制造金属零件 硅橡胶模过渡制造金属零件 (2)塑料模具 塑料模具 2、直接制作铸造熔模 、 3、陶瓷零件制造 、 (1) Zr02和Al2O3陶瓷材料 (2) SiC和AlN的陶瓷复合材料 和 的陶瓷复合材料
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消失模应用举例
6、模型取出装置 、
20
当模型制作完成后， 当模型制作完成后，将可升降工作台 降至最低位置，松开工作台垫板的固 降至最低位置， 定螺丝、转动手柄，拔出定位销以便 定螺丝、转动手柄， 卸下制作完成的模型。而成， 机架由方管焊接而成，安装台板固 定在其中部，X—Y工作台、热粘压机 工作台、 定在其中部， 工作台 构、激光器和可升降工作台等都以该 台板为基准进行安装。 台板为基准进行安装。
二、工艺步骤
4
1.将欲制产品的CAD模型输人成型系统，进行切片处理， 1.将欲制产品的CAD模型输人成型系统，进行切片处理， 将欲制产品的CAD模型输人成型系统 得到—系列横截面的轮廓线。 得到 系列横截面的轮廓线。 系列横截面的轮廓线
2.由系统控制步进电机带动主动辊芯转动， 2.由系统控制步进电机带动主动辊芯转动，在切割台面 由系统控制步进电机带动主动辊芯转动 上自右向左移动预定的距离。工作台升高至切割位置。 上自右向左移动预定的距离。工作台升高至切割位置。
3.热压辊自左向右滚动． 3.热压辊自左向右滚动．对工作台上方的纸及涂敷于纸 热压辊自左向右滚动 的下表面的热熔胶加热、加压，使纸粘于基底上。 的下表面的热熔胶加热、加压，使纸粘于基底上。
5
4.激光切割头依据分层截面轮廓线切割纸， 4.激光切割头依据分层截面轮廓线切割纸，并在余料上 激光切割头依据分层截面轮廓线切割纸 切出长方形边框。 切出长方形边框。
分层实体制造技术一般工艺过程-2022年学习资料
谢谢分层实体制造技术一般工艺过程
知识要点-三、分层实体制造技术一般装置结构-根据分层实体制造技术的需要，LOM成型机主要有以下几部分-装置 成。-1.工作台及升降装置-2.热压装置-3.激光扫面装置-5.送料装置-6.其他装置
课后练习-l.分层实体制造技术LOM由美国Helisys公司的Michael Feygin-于年研制成功。 A1985-B1987-C1986-D1988-2.分层实体制造技术的一般工艺过程大致有-和-等五个阶段。
知识要点-二、分层实体制造技术一般工艺过程-分成实体制造技术成形全过程可以归纳为前处理、分层叠加成-型、后 理。具体的说，L0M成型的一般工艺过程பைடு நூலகம்致如下：-1.图形处理：-2.基底制作：-3.原型制作；-4.余料 除；-5.后置处理。
知识要点-二、分层实体制造技术一般工艺过程-前-处-STL文件-勿片处理-:36-分层叠加-设置工艺参数底制作-原型制作-激光-加热-切片-切碎-切割-辊温-软件-网格-速度-精度尺寸-■■■-后处理-余料去除 表面质量处理-提高强硬度处理
知识要点-一、分层实体制造技术的打印原理-反射镜-激光束-X-Y移动光学镜头-激光器-热压棍-当前层-加工 件-度料-材料片-材料卷-已完成部分-升降台-←一废料卷
知识要点-一、分层实体制造技术的打印原理-动画“分层实体制-造技术的打印原理动画”-嵌入此处
知识要点-一、分层实体制造技术的打印原理-在这种技术的快速成形机上，截面轮廓被切割和叠合后所成的-制品如图 示。其中，所需的工件被废料小方格包围，剔除这些小-方格之后，便可得到三维工件。-产品-内轮乖线-外轮廓线格废料
3D打印技术-分层实体制造技术的打印原理
学习目标-1.掌握分层实体制造技术的打印原理；-2.熟悉分层实体制造技术的一般工艺过程-3.了解分层实体制 技术一般装置结构。
相关主题
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LOM工艺原理
在这种快速成形机上，截面轮廓被切割和叠合 后所成的制品 如图所示。其中，所需的工件 被废料小方格包围，剔除这些小 方格之后， 便可得到三维工件。
截面轮廓被切割 和叠合后所成的 制件
LOM成形材料
• 分层实体制造中的成形材料为涂有热熔胶的薄层 材料，层与层之间的粘结是靠热熔胶保证的。 LOM材料一般由薄片材料和热熔胶两部分组成。
LOM成型的全过程图示
前 处 STL文件 理
切片处理
分 层
设置工艺参数
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 表面质量处理 提高强硬度处理
理
分层实体制造工艺后置处理中的表面涂覆
LOM原型经过余料去除后，为了提高原型的性能和便 于表面打磨，经常需要对原型进行表面涂覆处理，表 面涂覆的好处有： （1）提高强度；（2）提高耐热性； （3）改进抗湿性；（4）延长原型的寿命； （5）易于表面打磨等处理； （6）经涂覆处理后， 原型可更好地用于装配和功能检验。
LOM原型的用途不同，对薄片材料 和热熔胶的要求也不同。当LOM原型用 作功能构件或代替木模时，满足一般性 能要求即可。若将LOM原型作为消失模 进行精密熔模铸造，则要求高温灼烧时 LOM原型的发气速度较小，发气量及残 留灰分较少等。而用LOM原型直接作模 具时，还要求片层材料和粘结剂具有一 定的导热和导电性能。
(2)基底制作。由于工作台的频繁起降，所以必 须将LOM原型的叠件与工作台牢固连接，这就需 要制作基底，通常设置3～5层的叠层作为基底， 为了使基底更牢固，可以在制作基底前给工作台 预热。
(3)原型制作。制作完基底后，快速成型机就可 以根据事先设定好的加工工艺参数自动完成原型 的加工制作，而工艺参数的选择与原型制作的精 度、速度以及质量有关．这其中重要的参数有激 光切割速度、加热辊温度、激光能量、破碎网格 尺寸等。
从此表可以看出，未经任何处理的叠层块对水分十分敏感，在水中浸 泡10min，叠层方向便涨高45mm，增长41%，而且水平方向的尺寸 也略有增长，吸入水分的重量达164g，说明未经处理的LOM原型是 无法在水中进行使用，或者在潮湿环境中不宜存放太久。为此，将叠 层块涂上薄层油漆进行防湿处理。从实验结果看，涂漆起到了明显的 防湿效果。在相同浸水时间内，叠层方向仅增长3mm，吸水重量仅 4g。当涂刷两层漆后，原型尺寸已得到稳定控制，防湿效果已十分理 想。
• LOM是几种最成熟的快速成型制造技术之一。这种制 造方法和设备自1991年问世以来，得到迅速发展。由 于叠层实体制造技术多使用纸材，成本低廉，制件精度 高，而且制造出来的木质原型具有外在的美感性和一些 特殊的品质，因此受到了较为广泛的关注，在产品概念 设计可视化、造型设计评估、装配检验、熔模铸造型芯、 砂型铸造木模、快速制模母模以及直接制模等方面得到 了迅速应用。
3、工件易吸湿膨胀
4、工件表面有台阶纹
分层实体制造方法与其他快速原型制造技术相比，具有制 作效率高、速度快、成本低等优点，在我国具有广阔的应用前 景。
LOM 原型成型的一般工艺过程
LOM成型的全过程可以归纳为前处理、分层 叠加成型、后处理3个主要步骤。具体的说， LOM成型的工艺过程大致如下：
(1)图形处理阶段。制造一个产品，首先通过 三维造型软件(如：Pro／E、UG、SolidWorks)进 行产品的三维模型构造，然后将得到的三维模型 转换为STL格式，再将STL格式的模型导人到专 用的切片软件中(如华中科大的HRP软件)进行切 片。
提高分层实体原型制作质量措施
(1) 分层实体原型制作误差分析
1、CAD模型STL文件输出造成的误差
2、切片软件STL文件输入设置造成的误差
3、设备 精度 误差
不一致的 成型功率控
约束
制不当
切碎网格 工艺参数不
尺寸
稳定
4、成型之后 环境变化 引起误差
热变形
湿变形
（2） 提 高 分 层 实 体 原 型 制 作 精 度 的 措 施
CAD模型
LOM原型
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 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。
2、热熔胶
用于LOM纸基的热熔胶按基体树脂划分 ，主要有乙烯-醋酸乙烯酯共聚物型热熔 胶、聚酯类热熔胶、尼龙类热熔胶或其 混合物。热熔胶要求有如下性能： ①良好的热熔冷固性能（室温下固化） ； ②在反复“熔融-固化”条件下其物理化 学性能稳定； ③熔融状态下与薄片材料有较好的涂挂 性和涂匀性； ④足够的粘接强度； ⑤良好的废料分离性能。
1、在进行STL转换时，可以根据零件形状的不同复杂程度来 定。在保证成形件形状完整平滑的前提下，尽量避免过高的精度 。不同的CAD软件所用的精度范围也不一样，例如Pro/E所选用 的范围是0.01～0.05mm，UGⅡ所选用的范围是0.02~0.08mm ，如果零件细小结构较多可将转换精度设高一些。
轿 车 前 照 灯
轿 车 后 组 合 灯
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。下图为铸铁手柄的CAD模型和LOM原型。
• 1．薄片材料 • 根据对原型件性能要求的不同,薄片材料可分
为：纸片材、金属片材、陶瓷片材、塑料薄膜和 复合材料片材。对基体薄片材料有如下性能要求 ： • 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
• 纸片材应用最多。这种纸由纸质基底和涂覆的粘 结剂、改性添加剂组成，成本较低。
4、切碎网格的尺寸有多种设定方法。当原型形状比较简 单时，可以将网格尺寸设大一些，提高成型效率；当形状复杂 或零件内部有废料时，可以采用变网格尺寸的方法进行设定， 即在零件外部采用大网格划分，零件内部采用小网格划分。
5、 处理湿胀变形的一般方法是涂漆。为考察原型的吸湿性 及涂漆的防湿效果，选取尺寸相同的通过快速成型机成型的 长方形叠层块经过不同处理后，置入水中10min进行实验， 其尺寸和重量的变化情况如下表所示。
纸材的最显著缺点是对湿度极其敏感， LOM原型吸湿后叠层方向尺寸增长，严 重时叠层会相互之间脱离。为避免因吸湿 而引起的这些后果，在原型剥离后短期内 应迅速进行密封处理。表面涂覆可以实现 良好的密封，而且同时可以提高原型的强 度和抗热抗湿性。
叠层实体制造工艺的应用示例
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。下面为某车灯配件公司为国内某大型汽 车制造厂开发的某型号轿车车灯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。
(4)余料去除。余料去除是一个极其烦琐的辅 助过程，它需要工作人员仔细、耐心，并且最重 要的是要熟悉制件的原型．这样在剥离的过程中 才不会损坏原型。
(5)后置处理。余料去除以后，为提高原型表 面质量或需要进一步翻制模具．则需对原型进行 后置处理．如防水、防潮、加同并使其表面光滑 等，只有经过必要的后置处理工作，才能满足快 速原型表面质量、尺寸稳定性、精度和强度等要 求。
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，计算机能快速地修改 模型，根据需要，可再产生相应的LOM模型和式 样。
分层实体制造产品
分层实体制造的发展
LOM技术是一种具有广泛应用前景的、正 在不断完善的高新技术，已经在产品设汁与 制造方面发挥重要作用。随着市场竞争的日 趋激烈，该技术将会被越来越多的企业采用， 对企业的发展将发挥越来越重要的作用，并 将给企业带来巨大的经济效益。同时，LOM技 术作为多学科交叉的专业技术，其本身的发 展也将推动相关技术、产业的发展。
分层实体制造技术的特点:
优点
1、 原型精度高 2、 有较高的硬度和较好的机械性能，可进行各种切削加工 3、 无须后固化处理 4、 无须设计和制作支撑结构原材料价格便宜，原型制作成本低 8、成型速度快
缺点
1、 不能直接制作塑料工件 2、 工件的抗拉强度和弹性不够好
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。
2、STL文件输出精度的取值应与相对应的原型制作设备上 切片软件的精度相匹配。过大会使切割速度严重减慢，过小会 引起轮廓切割的严重失真。
3、模型的成型方向对工件品质（尺寸精度、表面粗糙度 、强度等）、材料成本和制作时间产生很大的影响。一般而言 ，无论哪种快速成形方法，由于不易控制工件Z方向的翘曲变 形等原因，工件的X-Y方向的尺寸精度比Z方向的更易保证， 应该将精度要求较高的轮廓尽可能放置在X-Y平面。