快速成型技術及應用上次課內容回顧：1、光固化成型的原理；2、光固化成型的設備組成和個組成的作用；3、光固化成型過程；4、光固化成型精度問題；5、支持結構問題；6、光固化成型特點。第二章

薄形材料選擇性切割(疊層實體制造工藝)

一.概述目前研究LOM工藝的有Helisys公司、華中科技大學、清華大學、Kira公司、Sparx公司和Kinergy公司。Helisys公司除原有的LPH、LPS、LPF三個系列紙材品種以外，還開發了塑料和復合材料品種。華中科技大學推出的HRP系列成形機和成形材料,具有較高的性價比。清華大學推出了SSM系列成型機及成型材料。二.LOM成形的基本組成及原理1.LOM成形的基本原理1).工作開始時，送料機構把單面涂有熱溶膠的紙片一段段的送至工作臺的上方，熱壓滾筒將料壓平并粘在底層上；

2).激光束按計算機數據系統給出的信息指令，切出工件的截面形狀，并把周圍多余材料切碎。2.LOM成形系統的組成

LOM成形系統由計算機及控制軟件、原材料存儲及送料機構、熱碾壓機構、激光切割系統、可升降工作臺、數控系統、模型取出裝置和機架組成。激光切割系統

激光器的作用：切割作用對激光器的要求：1.激光器輸出的能量必須穩定并能隨運動速度的改變而改變。2.激光器能夠快速輸出和關閉。3.激光器能夠長時間連續工作。因此，在LOM快速成形系統中，激光切割單元應具有結構緊湊、可自動控制、監測、響應快速、運行可靠等功能，所以多選用CO2激光器。激光器電源多為開關電源。計算機及控制軟件

LOM成形用計算機為工業計算機，在計算機中配有如下控制軟件：1.STL格式文件的糾錯和修補文件用來標識讀入的STL格式文件中三角形的錯誤，并由操作者修改。2.三維模型的切片軟件。用來對三維模型的STL格式文件，沿成形的高度方向，每隔一定的時間，自動提取截面的邊界輪廓信息。計算機及控制軟件4.激光光束寬度的自動補償軟件可以自動識別截面的內、外輪廓邊界，根據激光的光束寬度（0.1～0.2mm），控制切割頭，相對理論內、外輪廓邊界，自動向內或向外偏移半個光束寬度，從而保證實際切出的輪廓邊界和理論輪廓邊界重合。原料存儲及送料機構

依靠電機運動，送進成形所需的薄層材料，如紙片、塑料薄膜或復合材料等，每次送進一個層厚的材料。熱黏壓機構

利用步進電機，驅動熱壓輥，使其在工作臺上往復運動，這時熱壓輥上的發熱元件發熱，促使材料發生黏結。三.LOM成形用材料

LOM快速成形采用經過快速處理的紙作原材料，這種紙由紙質基底和涂覆在上面的一層黏結劑、改性添加劑組成。故其原材料為膠和紙；成本低，大約在人民幣50～60元/Kg。對紙的要求:(1)抗濕好,保證不會因時間長而吸水,從而保證熱壓過程中不會因為水分的損失而產生變形(2)良好的侵潤性,保證良好的涂膠能力(3)抗拉強度好,保證在加工過程中不被拉斷(4)收縮率小,保證熱壓過程中不會因為水分的損失而產生變形剝離性好,容易打磨,穩定性好對膠的要求:(1)良好的熱熔穩定性(2)在反復的熱熔-固化條件下,具備好的物理和化學穩定性(3)熔融狀態下與紙具有好的涂掛性及黏結性(4)與紙具有足夠的黏結強度(5)良好的廢料剝離分離性能四.工藝過程工藝過程也分為三個過程:前處理過程,疊層,后處理過程1.前處理過程:(1)CAD三維模型的造型,要求計算機軟件有很強的三維造型功能,包括實體造型以及表面造型.主要軟件有PRO/E,UGII等(2)三維模型切片處理:由于快速成型是按一層層疊加起來,故加工前要進行切片,切片間隔的大小根據成型件精度和生產率的要求來確定,間隔越小,精度越高,但成型時間越長,否則反之.間隔的范圍為0.05-0.5mm.2.中處理過程(1)工藝參數主要參數有:激光切割速度:激光切割速度影響原型件表面質量和制作時間,通常由激光器的規格決定加熱輥的溫度和壓力:有加工原型件的層面尺寸大小,紙張厚度和環境溫度確定激光能量:影響切割速度和紙張的厚度,通常切割速度和能量之間為拋物線的關系,如圖所示:

3.后處理過程主要包括:原型件的剝離,后固化,修補,打磨,拋光,表面強化處理.其中有一道重要工序:表面涂覆起作用有:提高強度,提高耐熱性,抗濕性,延長壽命等五.改善原型件的質量方法成型件的精度主要取決于二維(X-Y)平面的加工精度和高度(Z)方向上的疊加精度,可以控制到微米級的水平,因而加工精度很高.但不只是機型的原因,還有其他的原因,導致加工精度只能控制在毫米級.,下面是幾種主要造成誤差的原因:(1)CAD模型前處理造成的誤差在早模型前及前處理階段,由于CAD是用有限的三角形的組合來逼近CAD模型表面的,從而回有一定的誤差,三角形越多,精度越高,但,控制處理數據增大,時間長,三角形數量越少,處理數據少,但加工精度不高.(4)成型之后的誤差主要有熱變形以及濕變形熱變形:只要是因為在高溫下加工,由于紙和膠的熱脹系數的不同,導致冷卻到室溫后,會發生變形濕變形:由于水分子的擴散導致的變形人為后處理導致的變形六.提高精度的措施1.前處理過程的控制:CAD模型的制備以及切片的控制,主要是切片的多少選擇.2.模型的成型方向的選者,X-Y方向的精度比Z向好控制,故精度要求高的方向作為X-Y向.3.切片網格線的設定,在保證易剝離廢料的前提下,減小網格線的長度.4.濕熱變形可以用以下方法:成型完成后還施加一定的壓力,可以減少翹曲;充分冷卻后剝離廢料,讓廢料支撐工件,減少由于局部剛度不夠和結構復雜引起的變形;即使進行表面處理,增強制件的強度和防潮效果.七.LOM快速成形技術的優缺點一LOM快速成形技術的優點1.設備價格低廉（與SLA相比），采用小功率CO2激光器，成本低廉，使用壽命長，造型材料成本低。2.由于只需要使激光束沿著物體的輪廓進行切割，無需掃描整個斷面，所以這是一個高速的快速原型工藝。常用于加工內部結構簡單的大型零件，體積越大，效率越高。LOM快速成形技術的優點3.加工后零件可以直接使用，無需進行后固化；4.無需設計和構建支撐結構；5.易于使用，無環境污染；6.制件有較高的力學性能，可進行切削加工；7.制件精度高；8.操作方便LOM快速成形技術的缺點1.不能直接制作塑料產品；2.工件抗拉強度和彈性不好；3.表面比較粗糙，工件表面有明顯的臺階紋，成型后要進行打磨；且紙制零件很容易吸潮，必須立即進行后處理、上漆；4.難以構建精細形狀的零件，即僅限于結構簡單的零件。LOM快速成形技術的缺點5.由于難以（雖然并非不可能）去除里面的廢料，該工藝不宜構建內部結構復雜的零件。6.當加工室的溫度過高時常有火災發生，因此，工作過程中需要專職人員職守。八.LOM快速成形技術的應用

LOM快速原型工藝適合制作大中型原型件，翹曲變形較小，尺寸精度較高，成型時間較短，激光器使用壽命長，制成件有良好的機械性能，適合于產品設計的概念建模和功能性測試零件，