LOM分层制造技术
杭州3D打印分享：3D打印技术之LOM技术
杭州3D打印分享：3D打印技术之LOM技术1.分层实体制造。
箔材叠层实体制作（Laminated Object Manufacturing）快速原型技术是薄片材料叠加工艺，简称LOM。
1）、由美国Helisys公司的Michael Feygin于1986年养发成功，该公司推出了LOM-1050和LOM-2030两种型号的成型机。
除了美国Helisys公司以外，还有日本Kira 公司、瑞典Sparx公司、新加坡Kinersys精技私人公司、清华大学、华中理工大学等！2）、LOM原理：箔材叠层实体制作是根据三维CAD模型每个截面的轮廓线，在计算机控制下，发出控制激光切割系统的指令，使切割头作X和Y方向的移动。
供料机构将地面涂有热溶胶的箔材（如涂覆纸、涂覆陶瓷箔、金属箔、塑料箔材）一段段的送至工作台的上方。
激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓用二氧化碳激光束对箔材沿轮廓线将工作台上的纸割出轮廓线，并将纸的无轮廓区切割成小碎片。
然后，由热压机构将一层层纸压紧并粘合在一起。
可升降工作台支撑正在成型的工件，并在每层成型之后，降低一个纸厚，以便送进、粘合和切割新的一层纸。
最后形成由许多小废料块包围的三维原型零件。
然后取出，将多余的废料小块剔除，最终获得三维产品。
3）、适用领域：由于分层实体制造在制作中多适用纸材，成本低。
而且制造出来的木质原型具有外在的没感性和一些特殊的品质，所以该技术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广泛的应用！4）、LOM优缺点：优点在于：A、成型速度快，由于只要使激光束沿着物体的轮廓进行切割，不用扫描整个断面，所以成型速度很快，因此常用于加工内部结构简单的大型零件，制作成本低。
B、不需要设计和构建支撑结构。
C、原型精度高，翘曲变形小。
D、原型能承受高达200摄氏度的温度，有较高的硬度和较好的力学性能。
E、可以切削加工。
LOM分层实体制造法
分层实体制造法
LOM——Laminated Object Manufacturing（分层实体制造法），LOM又称层叠法成形，它以片材（如纸片、塑料薄膜或复合材料）为原材料，其成形原理如图所示，激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据，将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓。
切割完一层后，送料机构将新的一层纸叠加上去，利用热粘压装置将已切割层粘合在一起，然后再进行切割，这样一层层地切割、粘合，最终成为三维工件。
LOM常用材料是纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜等，此方法除了可以制造模具、模型外，还可以直接制造结构件或功能件。
Lom技术的特点
该技术的特点是工作可靠，模型支撑性好，成本低，效率高。
缺点是前、后处理费时费力，且不能制造中空结构件。
成形材料：涂敷有热敏胶的纤维纸；
制件性能：相当于高级木材；
主要用途：快速制造新产品样件、模型或铸造用木模。
LOM(分层实体制造)快速成型设备研究与设计的开题报告
LOM(分层实体制造)快速成型设备研究与设计的开题
报告
一、研究背景
随着数字化制造技术的快速发展，快速成型技术已经逐渐成为了数字化制造的核心技术之一，并且已经广泛应用于航空、汽车、医疗和生物等领域。
然而，市场上现有的快速成型设备一般都是单层实体的工作台，所制造的产品尺寸精度和表面质量都无法满足高精度生产的要求。
为了解决这一问题，本项目将研究和设计一种LOM（分层实体制造）快速成型设备，以满足高精度生产的需要。
二、研究目标
本项目的主要研究目标是设计一种新型的LOM快速成型设备，该设备具备以下特点：
1. 设备工作台采用分层结构，能够制造多层实体。
2. 设备采用高精度传感器和先进的控制系统，使得制造出来的产品尺寸和表面质量达到高精度要求。
3. 设备具有低噪音、高效能、低能耗等优点。
4. 设备操作简单、易于维护。
三、研究内容和步骤
1. 搜集现有相关技术文献，并进行归纳整理。
2. 分析设计要求，研究分层实体制造的工艺流程，制定可行的设备设计方案。
3. 根据设计方案，进行设备的三维设计，并进行CAD绘图。
4. 选用适当的材料和加工工艺，对设备进行加工制造。
5. 对设备进行调试和测试，并对测试结果进行分析。
6. 优化设计方案，完善设备的性能和功能，最终实现高精度生产要求。
四、预期成果
本项目将设计和研制一种新型的LOM快速成型设备，能够制造多层实体并达到高精度要求。
预计该设备的研发成功将为高精度生产提供全面支持，推动数字化制造技术的向前发展。
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分层实体制造
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，而丏精度得丌到保证。随着CAD／
CAM技术的収展和普及，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，兊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。
分层实体制造产品
分层实体制造的収展
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。
（1）提高强度；（2）提高耐热性；
（3）改迚抗湿性；（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。
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
缩短，导致对不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不车体外形的完 美统一。车灯设计不生产的与业厂家传统的开収手殌叐到了 严重的挑战。快速成型技术的出现，较好地迎合了车灯结构 不外观开収的需求。下面为某车灯配件公司为国内某大型汽 车制造厂开収的某型号轿车车灯LOM原型，通过不整车的装 配检验和评估，显著提高了该组车灯的开収效率和成功率。
基于5mm以上分层板金属功能零件LOM技术
２０ ０ ８年 第 ５期
山 西 冶 岔
Ｓ ＨＡＮ Ⅺ ＭＥ Ａ 工ＵＲ Ｔ Ｉ ＧＹ
Ｔｃａ １ ５ ， ｌ １ ｔ
Ｎｏ５， ０ ８ ． ２ ０
文章编号 ：６ ２ １５ （ｏ ８ｏ － ｏ ８ ｏ １７ — １２ ２ ｏ ）５ｏ ２ － ３
基 于 ５ｍｍ 以上 分层 板金属 功 能零件 Ｌ ＯＭ 技术
图 １ 金 属 功 能 零件 新 Ｌ 技 术 工 作流 程 图 ＯＭ
高线。若简单地沿弦线方 向在 弓高线的中点位置进
行倾 斜切 片时 ， 误差分 别是 Ｆ 舭 的一 半 。在给 线 Ｇ， 定传统 切 片 、 斜 切 片 、 反倾 斜 切 片 的线性 误 差 ， 倾 正 已知倾 角 Ｏ 曲率半 径 的条件 下 ， ｔ ， 根据几 何关 系可
对 这种情 况 ， 本文提 出一种基 于 ５ｍ 以上分层板 金 ｍ
倾斜切片是指沿切 片轮廓误差最小 的方 向切 削， 可大幅度提高成型精度［２ －］ ．。本文各金属层板的 切片是在数控机床上完成 的， 因此 ， 可对金属层板沿 某一合适的位置分开 ， 从正面和反面分两次进行倾 斜切片，这就是正反倾斜切片方法 ，见 图 ２ 。图中 Ａ Ｃ是分层板的轮廓线 ， Ｂ 倾斜切片简单地沿弦线方 向 ， 弓高线 的中点位置 进行切 片 。 常倾斜 切 片的 在 正
优选分 层方 向是 根据 所成 型零件 的形 状选 择堆 积成 型误 差最小 的方 向作 为切 片方 向 ３ 优化 分层 Ｚ。 方 向是 快 速成 型 制造 工 艺过 程 中 的一 个重 要 步 骤 ， 它将 影 响成 型零 件质 量 、制作 效率 及成 本等重 要指 标。 本研 究在保 证一 定 的制 造精 度 的条 件下 ， 以综合 提高 分层板 的厚 度 为优化 目标 进行优 化处 理 ，这样 可 以减 少不 能用 ５ｍｍ 以上金 属分 层板 堆 积成 型零 件所 占的 比例 。
分层实体制造技术的优势与缺陷
知识要点
二、立体光固化技术的缺陷
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； 3、工件易吸湿膨胀； 4．工件表面有台阶纹； 5．前后处理费时费力，且不能制造中空结构件。
课后练习
1.下列选项中不是分层实体制造技术的优势的是（ ） A 工件表面有台阶纹 B 原型精度高 C 无须后固化处理 D 制件尺寸大
分层实体制造技术的优势与缺陷
学习目标
1、熟悉分层实体制造技术的优势； 2、熟悉Байду номын сангаас层实体制造技术的缺陷。
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。
图 LOM技术制造的样件
知识要点
一、分层实体制造技术的优势
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； 5．废料易剥离； 6．制件尺寸大； 7．原材料价格便宜，原型制作成本低； 8．成型速度快。
2.判断以下说法正确与否。 分层实体制造技术制造的样件有较高的硬度和较好的机械性能，
可进行各种切削加工。（ ）
谢谢
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。
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：
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。
分层实体技术的应用
分层实体技术的应用上世纪80年代末出现了一项高新制造技术——快速成型技术(Rapid Prototypin)。
按照快速成型技术使用的材料及工艺特点，主要分为LOM(Laminated Object Manufacturing)分层实体制造工艺、SLA(Stereolithography Apparatus)立体光刻工艺、SLS(Selective Laser Sintering)选择性烧结工艺、FDM(Fused Depostion Modeling)熔融沉积制造工艺等几大类，在汽车、摩托车、家电、航空、医疗等行业获得了广泛的应用。
·如果零件结构需要，还应像钢模一样设计抽芯、滑块、顶杆等结构，其设计是否合理对于注塑件能否顺利脱模至关重要，也是纸基注塑模具设计的技术关键之一。
·流道、浇口、排气口设纸基模具的流道与浇口，不必像钢模那样设计主流道、分流道、浇口、冷料穴等完整的浇注系统，而采用模具表面直接到注塑件的简易浇口设计，浇口位置选取时主要考虑一般应在最低点或相对低点以利于聚氨酯材料充满型腔及自然排气，尽量设置在不影响注塑件外观的部位，尽量设置在残留冷料少以及便于取出的位置。
排气口一般应设计在相对高点及排气死角位置以保证聚氨酯材料充满型腔。
·锁模、定位设计锁模、定位设计主要是考虑反应式低压注塑过程是以手工操作为主，应在适当位置设计孔位，以便注塑时用螺栓紧固锁模并定位。
纸基注塑模具制造纸基模具的制造过程实际上就是纸基快速原型件的制作过程，即按照纸基快速原型件的制作方法来制造纸基注塑模具的动模、定模、抽芯、滑块、顶杆、嵌块等各个部件，分别处理、装配，制作出完整的纸基注塑模具。
首先将设计好的纸基模具各个部件的三维CAD模型按照有效用纸、强度优化、便于剥离等纸基件制作原则在三维设计软件中合理装配，一次或数次制作完成，将装配好的文件转换为快速成型机所能接受的STL文件并输入快速成型机进行纸基件的制作，然后将制作完成的纸基模具快速原型件进行废料剥离、零部件分离，反复多次涂漆、打磨，各部件修整、试装配，最终完成纸基模具各零部件快速原型件的制作。
lom技术的工作原理
LOM（Laminated Object Manufacturing）技术是一种三维打印技术，其工作原理如下：
1.将三维模型分解成多个水平的切片：首先，将三
维模型分解成多个水平的切片，在每个切片上固定一个
薄层材料。
2.切片层材料固定：使用一台自动化的机器，将一
个薄层材料固定在平台上，通常使用的是纸片、塑料膜、
金属箔等材料。
3.切片层材料加热：一旦切片层材料固定在平台上，
该平台就会被送到另一台机器中，该机器使用激光或热
线加热切片层材料的特定区域，使其与下一层材料粘合
在一起。
4.重复固定、加热：以上两个步骤会不断重复，直
到建立起整个三维模型。
5.除去多余材料：最后，将三维模型从平台上取下，
并用手动或机械方法将多余的材料切除。
LOM技术的优点是可以使用许多不同类型的材料，并且可以制造非常大的模型，但其缺点是表面质量较粗糙，不适合制造高精度的零件。
此外，LOM技术的成本较高，因为它需要大量的材料和设备。
基于薄材叠层(LOM)快速成型机设计
e题目基于薄材叠层(LOM)快速成型机设计学生姓名ee学号ee所在学院机械工程学院专业班级ee指导教师ee完成地点e2009年 6 月 1 日基于薄材叠层(LOM)快速成型机设计ee（ee）指导教师：ee[摘要] 快速成型技术属于先进制造技术，它以CAD/CAM技术、数控技术、材料科学等为基础，能够以较快的速度将计算机实体模型转化为具有一定结构功能的产品原型，或直接制造出零件。
它也是制造领域中倍受瞩目的一种新工艺，它以其优良的产品品质、低廉的制造成本，以及加速产品进入市场等特色，日益成为成功制造厂商的竞争优势。
分层实体制造（LOM）技术是快速成型技术之一。
本文重点对分层实体制造设备进行了研究，并设计了相应的设备。
所设计设备包括机械结构设计和控制系统设计两部分。
在机械结构设计中，根据分层实体制造技术的工作原理，对设备各主要部分进行了设计，包括升降装置、热压辊、送纸及激光扫描等部分的设计，控制系统设计包括电气硬件设计和部分控制软件设计两部分。
在电气硬件设计中，采用在工控机中插入PCI运动控制器，由运动控制器控制伺服电机的方式来实现设备各动作的驱动，设计了控制系统的硬件关系图和主要电路图。
[关键词] 快速成型；分层实体制造；设计；控制系统。
Rapid prototyping machine design based on laminatedobject manufacturing(LOM)ee(ee)tutor :eeAbstract:Rapid Prototyping (RP) technology belongs to advanced manufacturing technology. It based onCAD/CAM, numerical control technology and material science etc. The RPtechnology can change the modeling made bycomputer into prototype with some functions, or make part rapidly. Rapid Prototyping contributions to the quality，cost and products’ time-to-market is becoming an increasingly competitive edge for the successful manufacturers of products.Laminated Object Manufacturing (LOM) technology is one of the RP technologies. In this paper, LOM machine is studied and designed. Two main parts of the LOM machineis designed: mechanical part and control system. In the mechanical part design, based on the working principal of the LOM technology and scheme comparison, the main portions of the machine are designed, including lifting device, hot-press roller, paper transfer and laser scanning portion etc. In electric hardware design, by means of inserting PCI movement controllers in industrial personal computer and controlling the servomotors with movement controllers, the designed movement of the machine is carried out. The hardware topologydiagram and main electric circuit are also designed.Keywords: Rapid prototyping；Laminated object manufacturing；Design；Control syste目录1.绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 快速成形的原理 (1)1.3 快速成形的特性 (3)1.4 快速成形的历史 (3)1.5 快速成形的发展趋势 (4)2.LOM型快速成型机设计 ........................................... 错误!未定义书签。
快速成型：SLA、LOM、SLS、3DP、FDM
快速成型：SLA、LOM、SLS、3DP、FDM快速成型技术根据成型方法可分为两类：基于激光及其他光源的成型技术Laser Technology，例如：光固化成型SLA、分层实体制造LOM、选域激光粉末烧结SLS、形状沉积成型SDM 等；基于喷射的成型技术Jetting Technoloy，例如：熔融沉积成型FDM、三维印刷3DP、多相喷射沉积MJD光造型工艺SLASLA，Stereolithogrphy Apparatus工艺，也称光造型或立体光刻，由Charles Hul 于 1984 年获美国专利。
SLA 技术是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。
这种液态材料在一定波长和强度的紫外光照射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料也就从液态转变成固态。
SLA工作原理SLA工作原理：液槽中盛满液态光固化树脂激光束在偏转镜作用下，能在液态表而上扫描，扫描的轨迹及光线的有无均由计算机控制，光点打到的地方，液体就固化。
成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度．聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描，即逐点固化。
当一层扫描完成后．未被照射的地方仍是液态树脂。
然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新周化的一层牢周地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕，得到一个三维实体模型。
SLA 方法是目前快速成型技术领域中研究得最多的方法．也是技术上最为成熟的方法。
S LA 工艺成型的零件精度较高，加工精度一般可达到 0.1 mm ，原材料利用率近 100 ％。
但这种方法也有白身的局限性，比如需要支撑、树脂收缩导致精度下降、光固化树脂有一定的毒性等。
叠层实体制造工艺LOMLOM，Laminated Object Manufacturing，LOM工艺称叠层实体制造或分层实体制造，由美国Helisys公司的Michael Feygin于1986 年研制成功。
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。
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焊接实验室 （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纸进行打磨， 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；
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（6）对原型表面进行抛光，达到无划痕的表面质量之后进行透明涂层的 喷涂，以增加表面的外观效果，如图所示。
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谢谢！
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
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五、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。 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
焊接实验室 （2）按规定比例配备环氧树脂（重量比：100份TCC-630配20份TCC115N），并混合均匀；
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（3）在原型上涂刷一薄层混合后的材料，因材料的粘度较低，材料会很 容易浸入纸基的原型中，浸入的深度可以达到1.2～1.5mm；
（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，如图所示：
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。
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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。
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。
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叠层实体制造技术
资料： /v_show/id_XMzU3NDIwOTE2.html
郭
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叠层实体制造工艺
叠层实体制造技术（Laminated Object Manufacturing，简 称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、快速制造母模以及直接
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。
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原型表面涂覆的示意图
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表面涂覆使用的材料一般为双组分的环氧树脂，如 TCC630 和 TCC115N硬化剂等。原型通过表面涂覆处理后，尺寸稳定而且寿命 也得到了提高。 （二）表面涂覆的工艺过程 （1）将剥离后的原型表面用砂纸轻轻打磨，如图所示：
低 长
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 叠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。
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HRP-III LOM 激光快速成型机
灯和后组合车灯产品的LOM原型。
根据鲁得贝公司提出的一汽六 平柴后组合灯产品开发要求，利用 HRP-III 型LOM 激光快速成型机按 三维计算机模型进行该组各种车灯 的快速原型制造，本组图片为该系 列灯型产品的LOM原型。
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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
焊接实验室 通过上述表面涂覆处理后，原型的强度和耐热防湿性能得到了显著 提高，将处理完毕的原型浸入水中，进行尺寸稳定性的检测，实验结果 如图所示：
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四、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
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。
轿 车 前 照 灯
轿 车 后 组 合 灯
根据鲁得贝公司提出的轿车系列车灯产品开发要求，利用HRP-III 型LOM 激
光快速成型机按三维计算机模型进行各种车灯的快速原型制造，上图为本轿车前照
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。
根据山东长通通讯公司提出的探测仪产品开发要求，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，上图为本产品的各零
件的LOM原型。
装 配
底座
上盖
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
制模等方面得到了迅速应用。
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一、基本原理和特点
基本原理:
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
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。
CAD模型
LOM原型
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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
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。
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。
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。
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LOM原型
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截面轮廓被切割和叠合后所成的制件
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叠层实体制造技术的特点:
优
点
有较高的硬度和较好的机械性能，可进行各种切削加
工
原型精度高
无须后固化处理 无须设计和制作支撑结构 废料易剥离 制件尺寸大 原材料价格便宜，原型制作成本 设备可靠性高，寿命
（一）表面涂覆的必要性
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；
于装配和功能检验。
（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
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
二、叠层实体制造工艺过程
前 处 理
分 层 叠 加 后 处 理
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