01

疊層實(shí)體制造工藝的原理及特點(diǎn)

分層實(shí)體制造(LOM)是被廣泛應(yīng)用的一種快速成型工藝，其成型系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、原材料送進(jìn)機(jī)構(gòu)、熱壓裝置、激光切割系統(tǒng)、可升降工作臺(tái)和數(shù)控系統(tǒng)等組成。其工作原理如下:

在CAD軟件系統(tǒng)上建立產(chǎn)品的三維CAD模型，并傳遞到快速成型系統(tǒng)上的計(jì)算機(jī)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件，將CAD模型沿成型方向切成一系列具有一定厚度的“薄片”。原材料送進(jìn)機(jī)構(gòu)將底面涂有熱熔膠和添加劑的紙或塑料等薄層材料送至工作臺(tái)的上方。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制激光切割系統(tǒng)，按“薄片”的橫截面輪廓線，在工作臺(tái)上方的薄層材料上切割出該層橫截面的輪廓形狀，并將材料的無(wú)輪廓區(qū)切割成小碎片。可升降工作臺(tái)支撐正在成型的零件，并在每層成型之后，降低一個(gè)分層厚度，然后新的一層材料疊加在上面。通過(guò)恒溫控制的熱壓裝置將其與下面的己切割層粘合在一起，激光束再次切割出物體的新一層截面輪廓，如此往復(fù)，層層堆積，直到所有的層都加工完后，便得到最終需要的三維產(chǎn)品。

特點(diǎn):

1.原料價(jià)格便宜，原型制作成本低

2.制件尺寸大

3.無(wú)須后固化處理

4.無(wú)須設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu)

5.廢料易剝離

6.熱物性與機(jī)械性能好，可實(shí)現(xiàn)切削加工

7.精度高、設(shè)備可靠性好

8.壽命長(zhǎng)、操作方便

02

疊層實(shí)體制造工藝用紙材

疊層實(shí)體快速成型工藝中的成型材料涉及到三個(gè)方面的問(wèn)題，即薄層材料、粘結(jié)劑和涂布工藝。薄層材料可分為紙、塑料薄膜、金屬箔等。目前的LOM成型材料中的薄層材料多為紙材，而粘結(jié)劑一般為熱熔膠。紙材料的選取、熱熔膠的配置及涂布工藝均要從保證最終成型零件的質(zhì)量出發(fā)，同時(shí)要考慮成本。對(duì)于LOM紙材的性能，要求厚度均勻、具有足夠的抗拉強(qiáng)度以及粘結(jié)劑有較好的濕潤(rùn)性、涂控性和粘接性等。

下面就紙的性能、熱熔膠的要求及除市工藝進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹：

1.紙的性能

對(duì)于LOM成型材料的紙材，有以下要求:

1)抗?jié)裥裕ＷC紙?jiān)?卷軸紙)不會(huì)因時(shí)間長(zhǎng)而吸水，從而保證熱壓過(guò)程中不會(huì)因水分的損失而產(chǎn)生變形及粘接不牢。紙的施膠度可用來(lái)表示紙張抗水能力的大小。

2)良好的浸潤(rùn)性，保證良好的涂膠性能。

3)抗拉強(qiáng)度，保證在加工過(guò)程中不被拉斷。

4)收縮率小，保證熱壓過(guò)程中不會(huì)團(tuán)部分水分損失而導(dǎo)致變形，可用紙的伸縮率參數(shù)計(jì)量。

5)剝離性能好，因剝離時(shí)破壞發(fā)生在紙張內(nèi)，要求紙的垂直方向抗拉強(qiáng)度不是很大。

6)易打磨，表面光滑。

7)穩(wěn)定性，成型零件可長(zhǎng)時(shí)間保存。

2.熱熔膠

疊層實(shí)體制造中的成型材料多為涂有熱熔膠的紙材，層與層之間的粘接是靠熱熔腔保證的。熱熔膠的種類很多，其中EVA型熱熔膠的需求量最大，占熱熔膠消費(fèi)總量的80%左右，當(dāng)然在熱熔膠中還要添加某些特殊的組分，LOM紙材對(duì)熱熔膠的基本要求為:

1)良好的熱熔冷固性(約70~100℃開(kāi)始熔化，室溫下固化)。

2)在反復(fù)“熔融-固化”條件下，具有較好的物理化學(xué)穩(wěn)定性。

3)熔融狀態(tài)下與紙具有較好的涂掛性和涂勻性

4)與紙具有足夠粘接強(qiáng)度。

5)良好的廢料分離性能。

03

疊層實(shí)體制造工藝的應(yīng)用

1、汽車(chē)車(chē)燈

隨著汽車(chē)制造業(yè)的迅猛發(fā)展，車(chē)型更新?lián)Q代的周期不斷縮短，導(dǎo)致對(duì)與整車(chē)配套的各主要部件的設(shè)計(jì)也提出了更高要求。其中，汽車(chē)車(chē)燈組件的設(shè)計(jì)，要求在內(nèi)部結(jié)構(gòu)滿足裝配和使用要求外，其外觀的設(shè)計(jì)也必須達(dá)到與車(chē)體外形的完美統(tǒng)一。車(chē)燈設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的專業(yè)廠家傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)手段受到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)?？焖俪尚图夹g(shù)的出現(xiàn)，較好地迎合了車(chē)燈結(jié)構(gòu)與外觀開(kāi)發(fā)的需求。某車(chē)燈配件公司為國(guó)內(nèi)某大型汽車(chē)制造廠開(kāi)發(fā)的某種型號(hào)轎車(chē)車(chē)燈LOM原型，通過(guò)與整車(chē)的裝配檢驗(yàn)和評(píng)估，顯著提高了該組車(chē)燈的開(kāi)發(fā)效率和成功率。

2、鑄鐵手柄

某機(jī)床操作手柄為鑄鐵件，人工方式制作砂型鑄造用的木模十分費(fèi)時(shí)困難，而且精度得不到保證。隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和普及，具有復(fù)雜曲面形狀的手柄的設(shè)計(jì)直接在CAD/CAM軟件平臺(tái)上完成，借助快速成型技術(shù)尤其是疊層實(shí)體制造技術(shù)，可以直接由 CAD模型高精度地快速制作砂型鑄造的木模，克服了人工制作的局限和困難，極大地縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)的周期并提高了產(chǎn)品的精度和質(zhì)量。

3、LOM原型在制鞋業(yè)中的應(yīng)用

當(dāng)前國(guó)際上制鞋業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，而美國(guó)Wolverine World Wide公司無(wú)論在國(guó)際還是美國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)都一直保持著旺盛的銷售勢(shì)頭，該公司鞋類產(chǎn)品的款式一直保持著快速的更新，時(shí)時(shí)能夠?yàn)轭櫩吞峁└哔|(zhì)量的產(chǎn)品，而使用PowerSHAPE軟件LOM快速原型加工技術(shù)是該公司成功的關(guān)鍵。

Wolverine的設(shè)計(jì)師們首先設(shè)計(jì)鞋底和鞋跟的模型或圖形，從不同角度用各種材料產(chǎn)生三維光照模型顯示，這種高質(zhì)的圖像顯示使得在開(kāi)發(fā)過(guò)程中能及早地排除任何看起來(lái)不好的裝飾和設(shè)計(jì)。即使前期的設(shè)計(jì)已經(jīng)排除了許多不理想的地方，但是投入加工之前， Wolverine公司仍然需要有實(shí)物模型。鞋底和鞋跟的LOM模型非常精巧，但其外觀是木質(zhì)的，為使模型看起來(lái)更真實(shí)，可在LOM表面噴涂產(chǎn)生不同材質(zhì)效果。每一種鞋底配上適當(dāng)?shù)男婧笊a(chǎn)若干雙樣品，放到主要的零售店展示，以收集顧客的意見(jiàn)。根據(jù)顧客所反饋的意見(jiàn)，計(jì)算機(jī)能快速第修改模型，根據(jù)需要，可再生產(chǎn)相應(yīng)的LOM模型和式樣。