分层实体制造工艺原理和特点

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分层实体制造技术

（一）

《快速成型技术与应用》本节知识点分层实体制造成型工艺的基本原理1分层实体制造成型工艺的设备2分层实体制造成型工艺的工艺过程31.掌握分层实体制造成型技术的工艺原理与工艺特点。2.掌握分层实体制造成型技术工艺过程。重点1.分层实体制造成型技术的工艺原理与工艺过程。2.分层实体制造成型技术的材料与精度。学习重点与难点难点点评下图中军用水壶和太极球是通过什么方法制作的？课程导入猜一猜全称与简称：LamLaminatedObjectManufacturing，LOM），也被称为薄材叠层制造技术研制时间：1986年研制人：

美国Helisys公司MichaelFeygin研制公司：

Helisys公司、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、华中科技大学等。分层实体制造成型工艺

(LaminatedObjectManufacturing，简称LOM，直译名为“叠层实体制造”)。叠层实体制造技术（LaminatedObjectManufacturing，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。

分层实体制造（LOM）工艺图LOM技术汽车前照灯图LOM技术汽车尾灯成型材料：薄材—纸、金属片材等

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。一、基本成型原理

工艺原理:

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。

零件废料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。二、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构成。

1.工作台及升降装置2.热压装置3.激光扫描装置4.送料装置5.其他装置HRP-IIILOM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，其主要技术指标可与国际上同类产品媲美。1.机身

机身是整个系统的基础，用于安装、固定全部执行机构。采用型材焊接及铸造件相结合的组合式框架结构，以减轻重量，提高刚性，并便于加工、安装。2.热压叠层装置

该机构由变频交流电机、发热管、热压辊、温控器及高度检测传感器等组成。

其作用是对叠层材料加热加压，使上一层纸能牢固地粘结于下一层纸上面，如图所示。

变频交流电机经齿形皮带驱动热压辊，使其工作台的上方做左右往复运动。热压辊内装有大功率发热管，以便使热压辊快速升温。

温控器能检测热压辊的温度，并使其保持在设定值，温度设定值根据所采用材料的黏结温度而定，当热压辊对工作台上方的纸进行热压时，高度检测器能精确测量正在成形的制件的实际高度，并将此数据及时反馈给计算机，然后据此高度对产品的三维模进行切片处理。3.激光扫描系统（XY型切割头）

激光扫描系统由激光器、扫描头、光路转换器件、接收装置及需要的反馈系统构成。

目前常用的是快速、高精度的激光振镜式扫描系统。振镜式扫描系统由XY轴伺服系统和X－Y两轴反射振镜组成，如图所示。

当向XY轴伺服系统发出指令信号，XY轴电机就能分别沿X轴和Y轴做出快速、精确偏转。从而，激光振镜式扫描系统可以根据待扫描图形的轮廓要求，在计算机指令的控制下，通过XY两个振镜镜片的配合运动，投射到工作台面上的激光束就能沿XY平面进行快速扫描，在大视场扫描中，为了纠正扫描平面上点的聚焦误差，通常需要在振镜系统前端加动态聚焦系统。激光振镜结构示意图5.抽风排烟装置装置

是为解决成形过程中的烟尘对设备（激光镜头、精密运动机构）及工作环境的污染问题设量的，由风扇组及外接管构成。该装置不仅简洁高效，而且易清洁、保养。4.材料送给装置由原材料存储辊、送料辊、导向辊、收料辊、交流变频电机、材料撕断报警器组成。卷状材料套在原材料存储辊上，材料的一端经送料辊、导向辊、材料撕断报警器黏在收料辊上。收料辊的辊芯与送料直流电机的轴芯相连。

送料时，送料交流变频电机沿逆时针方向旋转一定的角度，带动材料向左前进一定距离。此距离等于所需的每层材料的送进量，它由成形件的最大左、右尺寸和两相邻切割轮廓之间的搭边确定。当某种原因突然造成材料撕断时，材料撕断报警器会立即发出声音信号，停止送料直流电机的转动及后续工作循环。三、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、后处理。具体的说，LOM成型的一般工艺过程大致如下：激光能量加热辊温度激光切割速度切碎网格尺寸二、分层实体制造技术一般工艺过程

第一步第二步第三步前处理阶段基底制作第四步原型制作余料去除第五步后置处理首先通过三维造型软件，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格式的模型导入到专用的切片软件中进行切片。前处理阶段1

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。基底制作2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。LOM原型制作过程如图所示。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。原型制作3薄材叠层制造成型技术工艺过程图

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。余料去除4LOM原型制作完成后余料去除情形

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、加固并使其表面光滑等，只有经过必要的后置处理工作，才能满足原型表面质量尺寸、稳定性、精度和强度等要求。后置处理5课后练习1.分层实体制造技术的一般工艺过程大致有__________、__________、__________、__________和__________等五个阶段。

后处理工艺-表面涂覆工艺

分层实体制造技术中纸片材应用最多。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。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。

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。（1）将剥离后的原型表面用砂纸轻轻打磨，如图所示：

表面涂覆的工艺过程（2）按规定比例配备环氧树脂（重量比：100份TCC-630配20份TCC-115N），并混合均匀；

（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：

（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；（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。本节内容回顾1.分层实体制造的成型原理？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