详解3D打印之LOM技术各种优缺点

 

　　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。

 

 

　　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！

 

 

 

　　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。

 

　　F、废料容易从主体剥离，不需要后固化处理。

 

 

　　A、有激光损耗，并且需要建造专门的实验室，维费用太昂贵了；

 

　　B、可以应用的原材料种类较少，尽管可选用若干原材料，但目前常用的还是纸，其他还在研发中；

 

　　C、打印出来的模型必须立即进行防潮处理，纸制零件很容易吸湿变形，所以成型后必须用树脂、防潮漆涂覆。

 

　　D、此种技术很难构建形状精细、多曲面的零件，仅限于结构简单的零件。

 

　　E、制作时，加工室温度过高，容易引发火灾，需要专门的人看守。

 

　　LOM成型材料：LOM材料一般由薄片材料和热溶胶两部分组成。

 

　　A、薄片材料：根据所需要构建的模型的性能要求，确定用不同的薄片材料。薄片材料分为：纸片材、金属片材、陶瓷片材、塑料薄膜和符合材料片材，其中纸片材应用最多。另外，在构建的模型对基体薄片材料有下面一些性能要求：

 

　　a、抗湿性。b、良好的侵润性。c、抗拉强度。d、收缩率小。e、剥离性能好。

 

　　B、热溶胶：用于LOM纸基的热熔胶按照基体树脂划分为：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物型热熔胶、聚酯类热熔胶、尼龙类热熔胶或者其他的混合物。目前，EVA型热熔胶应用最广。热熔胶主要有以下性能：

 

　　a、良好的热熔冷固性能（室温下固化）；

 

　　b、在反复“熔融-固化”条件下其物理化学性能稳定；

 

　　c、熔融状态下于薄片材料有较好的涂挂性和涂匀性；

 

　　d、足够的粘结强度；

 

　　e、良好的废料分离性能。

 

　　LOM原型成型制造过程：

 

　　LOM成型制造过程分为前处理、分层叠加成型、后处理三个主要步骤：

 

　　A、第一步是前处理，即图形处理阶段。想要制造一个产品，需要通过三维造型软件（如：PRO/E、UG、SOLIDWORKS）对产品进行三维模型制造，然后把制作出来的三维模型转换为STL格式，在江STL格式的模型导入切片软件中进行切片，这就完成了产品制造的第一个过程。

 

　　B、第二部是基底制作。由于工作台的频繁起降，所以在制造模型时，必须将LOM原型的叠件与工作台牢牢的连在一起，那么这就需要制造基底，通常的办法是设置3-5层的叠层作为基底，但有时为了使基底更加的牢固，那么可以在制作基底前对工作台进行加热。

 

　　C、第三部是原型制作：在基底完成之后，快速成型机就可以根据事先设定的工艺参数自动完成原型的加工制作。但是工艺参数的选择与选型制作的精度、速度以及质量密切相关。这其中重要的参数有激光切割速度、加热辊热度、激光能量、破碎网格尺寸等。

 

　　D、后处理：后处理包括余料去除和后置处理。

 

　　余料去除即在制作的模型完成打印之后，工作人员把模型周边多余的材料去除，从而显示出模型！

 

　　后置处理即在余料去除以后，为了提高原型表面质量，那么就需要对原型进行后置处理。后置处理就包括了防水、防潮等。只有经过了后置处理，制造出来的原型才会满足快速原型表面质量、尺寸稳定性、精度和强度等要求！另外，在后置处理中的表面涂覆则是为了提高原型的强度、耐热性、抗湿性、延长使用寿命、表面光滑以及更好的用于装配和功能检验。

 

　　分层实体原型出现误差的四个原因：

 

　　A、CAD模型STL文件输出造成的误差；

 

　　B、切片软件STL文件输入设置造成的误差；

 

　　C、设备精度误差：不一致的约束、成型功率控制不当、切碎网格尺寸、工艺参数不稳定；

 

　　D、成型之后环境因素引起的误差：热导致的变形、潮湿导致的变形。

 

　　A、在进行STL转换时，可以根据零件形状的不同复杂程度来定。在保证成型形状完整平滑的条件下，尽量避免过高的精度。不同的CAD软件适用的精度范围不一样，eg:pro/E所选用的范围是0.01-0.05㎜，UGⅡ所用的范围是0.02-0.08㎜。

 

　　如果零件细小结构复杂，可转换精度设高一些。

 

　　B、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。

 

　　C、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。一般来说，无论那种快速成型方法，由于不容易控制工件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方向的更容易保证，应该将精度要求较高的轮廓尽可能防止在X-Y平面。

 

　　D、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。

 

　　E、处理湿胀变形的一般方法是涂漆。为考察原型的吸湿性即涂漆的防湿效果，选取尺寸相同的通过快速成型即成型的长方形叠层块经过不同处理后，置入书中10min进行实验，观看其尺寸和重量的变化情况。

 

 

　　LOM技术是一种应用广泛，极具发展前景。随着该技术的不断创新完善，已经在产品设计和制造方面发会重要的作用。相信在随着市场竞争激烈化的情况下，会有越来越多的企业采用该技术。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！

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