叠层实体制造工艺的原理及特点-3D打印技术应用实例

1.叠层实体制造工艺原理

叠层实体制造（Laminated Object Manufacturing，LOM）工艺使用箔材，通过激光扫描或切刀运动直接切割箔材，继而进行逐层堆积而成型制品。相比其他3D打印工艺，叠层实体制造工艺多采用纸材，具有原材料成本低廉，建造过程较为简单快捷，工艺过程容易实现等优点，因此成为早期推出并迅速得到较快发展的3D打印工艺方法之一。

采用激光切割的叠层实体制造工艺的基本原理如图2-1所示。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，使切割头做X和Y方向的移动。供料机构将底面涂有热溶胶的箔材（如涂覆纸、涂覆陶瓷箔等）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。升降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，形成由许多小废料块包围的三维原型零件。然后将三维原型零件取出，将多余的废料小块剔除，最终获得三维产品。

图2-1 叠层实体制造工艺的原理

1—激光器 2—压滚 3—纸材 4—材料送进滚筒 5—升降台 6—叠层 7—当前叠层轮廓线

叠层实体制造工艺中激光束或切刀只需按照分层信息提供的截面轮廓线逐层切割而无须对整个截面进行扫描，且不需考虑支撑。

2.叠层实体制造工艺特点

与其他3D打印工艺相比，叠层实体制造工艺具有制作效率高、速度快、成本低等优点。具体优点如下：

1）成型速度较快，由于只需要使用激光束沿物体的轮廓进行切割，无须扫描整个断面，所以成型速度很快，常用于加工内部结构简单的大型零件。

2）原型精度高，翘曲变形小。(www.xing528.com)

3）原型能承受高达200℃的温度，有较高的硬度和较好的力学性能。

4）无须设计和制作支撑结构。

5）可进行切削加工。

6）废料易剥离，无须后固化处理。

7）可制作尺寸大的原型。

8）原材料价格便宜，原型制作成本低。

但是，叠层实体制造工艺也有不足之处：

1）原型层间的抗拉强度不够好。

2）纸质原型易吸湿膨胀，成型后需尽快进行表面防潮处理。

3）原型表面有台阶纹理，成型后需进行表面打磨，因此难以直接构建形状精细、多曲面的零件。