中國3D打印網詳解3D打印之FOM技術
時間：2017-09-13 22:19 來源：中國3D打印網 作者：中國3D打印網 閱讀：次
LOM原理：
箔材疊層實體制作是根據三維CAD模型每個截面的輪廓線，在計算機控制下，發出控制激光切割系統的指令，使切割頭作X和Y方向的移動。供料機構將地面涂有熱溶膠的箔材（如涂覆紙、涂覆陶瓷箔、金屬箔、塑料箔材）一段段的送至工作臺的上方。激光切割系統按照計算機提取的橫截面輪廓用二氧化碳激光束對箔材沿輪廓線將工作臺上的紙割出輪廓線，并將紙的無輪廓區切割成小碎片。然后，由熱壓機構將一層層紙壓緊并粘合在一起。可升降工作臺支撐正在成型的工件，并在每層成型之后，降低一個紙厚，以便送進、粘合和切割新的一層紙。最后形成由許多小廢料塊包圍的三維原型零件。然后取出，將多余的廢料小塊剔除，最終獲得三維產品。
適用領域：
由于分層實體制造在制作中多適用紙材，成本低。而且制造出來的木質原型具有外在的沒感性和一些特殊的品質，所以該技術在產品概念設計可視化、造型設計評估、裝配檢驗、熔模鑄造型芯。砂型鑄造木模、快速制模母模以及直接制模等方面得到廣泛的應用！
LOM優缺點：
優點在于：
A、成型速度快，由于只要使激光束沿著物體的輪廓進行切割，不用掃描整個斷面，所以成型速度很快，因此常用于加工內部結構簡單的大型零件，制作成本低。
B、 不需要設計和構建支撐結構。
C、原型精度高，翹曲變形小。
D、原型能承受高達200攝氏度的溫度，有較高的硬度和較好的力學性能。
E、可以切削加工。
F、廢料容易從主體剝離，不需要后固化處理。
缺點在于：
A、有激光損耗，并且需要建造專門的實驗室，維費用太昂貴了；
B、可以應用的原材料種類較少，盡管可選用若干原材料，但目前常用的還是紙，其他還在研發中；
C、打印出來的模型必須立即進行防潮處理，紙制零件很容易吸濕變形，所以成型后必須用樹脂、防潮漆涂覆。
D、此種技術很難構建形狀精細、多曲面的零件，僅限于結構簡單的零件。
E、制作時，加工室溫度過高，容易引發火災，需要專門的人看守。
LOM成型材料：LOM材料一般由薄片材料和熱溶膠兩部分組成。
A、薄片材料：根據所需要構建的模型的性能要求，確定用不同的薄片材料。薄片材料分為：紙片材、金屬片材、陶瓷片材、塑料薄膜和符合材料片材，其中紙片材應用最多。另外，在構建的模型對基體薄片材料有下面一些性能要求：
a、抗濕性。b、良好的侵潤性。c、抗拉強度。d、收縮率小。e、剝離性能好。
B、熱溶膠：用于LOM紙基的熱熔膠按照基體樹脂劃分為：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物型熱熔膠、聚酯類熱熔膠、尼龍類熱熔膠或者其他的混合物。目前，EVA型熱熔膠應用最廣。熱熔膠主要有以下性能：
a、良好的熱熔冷固性能（室溫下固化）；
b、在反復“熔融-固化”條件下其物理化學性能穩定；
c、熔融狀態下于薄片材料有較好的涂掛性和涂勻性；
d、足夠的粘結強度；
e、良好的廢料分離性能。
LOM原型成型制造過程：
LOM成型制造過程分為前處理、分層疊加成型、后處理三個主要步驟：
A、 第一步是前處理，即圖形處理階段。想要制造一個產品，需要通過三維造型軟件（如：PRO/E、UG、SOLIDWORKS）對產品進行三維模型制造，然后把制作出來的三維模型轉換為STL格式，在江STL格式的模型導入切片軟件中進行切片，這就完成了產品制造的第一個過程。
B、 第二部是基底制作。由于工作臺的頻繁起降，所以在制造模型時，必須將LOM原型的疊件與工作臺牢牢的連在一起，那么這就需要制造基底，通常的辦法是設置3-5層的疊層作為基底，但有時為了使基底更加的牢固，那么可以在制作基底前對工作臺進行加熱。
C、 第三部是原型制作：在基底完成之后，快速成型機就可以根據事先設定的工藝參數自動完成原型的加工制作。但是工藝參數的選擇與選型制作的精度、速度以及質量密切相關。這其中重要的參數有激光切割速度、加熱輥熱度、激光能量、破碎網格尺寸等。
D、后處理：后處理包括余料去除和后置處理。
余料去除即在制作的模型完成打印之后，工作人員把模型周邊多余的材料去除，從而顯示出模型！
后置處理即在余料去除以后，為了提高原型表面質量，那么就需要對原型進行后置處理。后置處理就包括了防水、防潮等。只有經過了后置處理，制造出來的原型才會滿足快速原型表面質量、尺寸穩定性、精度和強度等要求！另外，在后置處理中的表面涂覆則是為了提高原型的強度、耐熱性、抗濕性、延長使用壽命、表面光滑以及更好的用于裝配和功能檢驗。
分層實體原型出現誤差的四個原因：
A、CAD模型STL文件輸出造成的誤差；
B、切片軟件STL文件輸入設置造成的誤差；
C、設備精度誤差：不一致的約束、成型功率控制不當、切碎網格尺寸、工藝參數不穩定；
D、成型之后環境因素引起的誤差：熱導致的變形、潮濕導致的變形。
提高原型制作精度的措施：
A、在進行STL轉換時，可以根據零件形狀的不同復雜程度來定。在保證成型形狀完整平滑的條件下，盡量避免過高的精度。不同的CAD軟件適用的精度范圍不一樣，eg:pro/E所選用的范圍是0.01-0.05㎜，UGⅡ所用的范圍是0.02-0.08㎜。如果零件細小結構復雜，可轉換精度設高一些。
B、STL文件輸出精度的取值應與相對應的原型制作設備上切片軟件的精度相匹配。過大會使切割速度嚴重減慢，過小會引起輪廓切割的嚴重失真。
C、模型的成型方向對工件品質（尺寸精度、表面粗糙度、強度等）、材料成本和制作時間產生很大的影響。一般來說，無論那種快速成型方法，由于不容易控制工件z方向的翹曲變形等原因，工件的X-Y方向的尺寸精度比Z方向的更容易保證，應該將精度要求較高的輪廓盡可能防止在X-Y平面。
D、切碎網格的尺寸有多種設定方法。當原型形狀比較簡單時，可以將網格尺寸設大一些，提高成型效率；當形狀復雜或零件內部有廢料時，可以采用變網格尺寸的方法進行設定，即在零件外部采用大網格劃分，零件內部采用小網格劃分。
E、處理濕脹變形的一般方法是涂漆。為考察原型的吸濕性即涂漆的防濕效果，選取尺寸相同的通過快速成型即成型的長方形疊層塊經過不同處理后，置入書中10min進行實驗，觀看其尺寸和重量的變化情況。
LOM技術的發展
LOM技術是一種應用廣泛，極具發展前景。隨著該技術的不斷創新完善，已經在產品設計和制造方面發會重要的作用。相信在隨著市場競爭激烈化的情況下，會有越來越多的企業采用該技術。同時，LOM技術作為多學科交叉的專業技術，其本身的發展也將推動相關技術、產業的發展！
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箔材疊層實體制作是根據三維CAD模型每個截面的輪廓線，在計算機控制下，發出控制激光切割系統的指令，使切割頭作X和Y方向的移動。供料機構將地面涂有熱溶膠的箔材（如涂覆紙、涂覆陶瓷箔、金屬箔、塑料箔材）一段段的送至工作臺的上方。激光切割系統按照計算機提取的橫截面輪廓用二氧化碳激光束對箔材沿輪廓線將工作臺上的紙割出輪廓線，并將紙的無輪廓區切割成小碎片。然后，由熱壓機構將一層層紙壓緊并粘合在一起。可升降工作臺支撐正在成型的工件，并在每層成型之后，降低一個紙厚，以便送進、粘合和切割新的一層紙。最后形成由許多小廢料塊包圍的三維原型零件。然后取出，將多余的廢料小塊剔除，最終獲得三維產品。
適用領域：
由于分層實體制造在制作中多適用紙材，成本低。而且制造出來的木質原型具有外在的沒感性和一些特殊的品質，所以該技術在產品概念設計可視化、造型設計評估、裝配檢驗、熔模鑄造型芯。砂型鑄造木模、快速制模母模以及直接制模等方面得到廣泛的應用！
LOM優缺點：
優點在于：
A、成型速度快，由于只要使激光束沿著物體的輪廓進行切割，不用掃描整個斷面，所以成型速度很快，因此常用于加工內部結構簡單的大型零件，制作成本低。
B、 不需要設計和構建支撐結構。
C、原型精度高，翹曲變形小。
D、原型能承受高達200攝氏度的溫度，有較高的硬度和較好的力學性能。
E、可以切削加工。
F、廢料容易從主體剝離，不需要后固化處理。
缺點在于：
A、有激光損耗，并且需要建造專門的實驗室，維費用太昂貴了；
B、可以應用的原材料種類較少，盡管可選用若干原材料，但目前常用的還是紙，其他還在研發中；
C、打印出來的模型必須立即進行防潮處理，紙制零件很容易吸濕變形，所以成型后必須用樹脂、防潮漆涂覆。
D、此種技術很難構建形狀精細、多曲面的零件，僅限于結構簡單的零件。
E、制作時，加工室溫度過高，容易引發火災，需要專門的人看守。
LOM成型材料：LOM材料一般由薄片材料和熱溶膠兩部分組成。
A、薄片材料：根據所需要構建的模型的性能要求，確定用不同的薄片材料。薄片材料分為：紙片材、金屬片材、陶瓷片材、塑料薄膜和符合材料片材，其中紙片材應用最多。另外，在構建的模型對基體薄片材料有下面一些性能要求：
a、抗濕性。b、良好的侵潤性。c、抗拉強度。d、收縮率小。e、剝離性能好。
B、熱溶膠：用于LOM紙基的熱熔膠按照基體樹脂劃分為：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物型熱熔膠、聚酯類熱熔膠、尼龍類熱熔膠或者其他的混合物。目前，EVA型熱熔膠應用最廣。熱熔膠主要有以下性能：
a、良好的熱熔冷固性能（室溫下固化）；
b、在反復“熔融-固化”條件下其物理化學性能穩定；
c、熔融狀態下于薄片材料有較好的涂掛性和涂勻性；
d、足夠的粘結強度；
e、良好的廢料分離性能。
LOM原型成型制造過程：
LOM成型制造過程分為前處理、分層疊加成型、后處理三個主要步驟：
A、 第一步是前處理，即圖形處理階段。想要制造一個產品，需要通過三維造型軟件（如：PRO/E、UG、SOLIDWORKS）對產品進行三維模型制造，然后把制作出來的三維模型轉換為STL格式，在江STL格式的模型導入切片軟件中進行切片，這就完成了產品制造的第一個過程。
B、 第二部是基底制作。由于工作臺的頻繁起降，所以在制造模型時，必須將LOM原型的疊件與工作臺牢牢的連在一起，那么這就需要制造基底，通常的辦法是設置3-5層的疊層作為基底，但有時為了使基底更加的牢固，那么可以在制作基底前對工作臺進行加熱。
C、 第三部是原型制作：在基底完成之后，快速成型機就可以根據事先設定的工藝參數自動完成原型的加工制作。但是工藝參數的選擇與選型制作的精度、速度以及質量密切相關。這其中重要的參數有激光切割速度、加熱輥熱度、激光能量、破碎網格尺寸等。
D、后處理：后處理包括余料去除和后置處理。
余料去除即在制作的模型完成打印之后，工作人員把模型周邊多余的材料去除，從而顯示出模型！
后置處理即在余料去除以后，為了提高原型表面質量，那么就需要對原型進行后置處理。后置處理就包括了防水、防潮等。只有經過了后置處理，制造出來的原型才會滿足快速原型表面質量、尺寸穩定性、精度和強度等要求！另外，在后置處理中的表面涂覆則是為了提高原型的強度、耐熱性、抗濕性、延長使用壽命、表面光滑以及更好的用于裝配和功能檢驗。
分層實體原型出現誤差的四個原因：
A、CAD模型STL文件輸出造成的誤差；
B、切片軟件STL文件輸入設置造成的誤差；
C、設備精度誤差：不一致的約束、成型功率控制不當、切碎網格尺寸、工藝參數不穩定；
D、成型之后環境因素引起的誤差：熱導致的變形、潮濕導致的變形。
提高原型制作精度的措施：
A、在進行STL轉換時，可以根據零件形狀的不同復雜程度來定。在保證成型形狀完整平滑的條件下，盡量避免過高的精度。不同的CAD軟件適用的精度范圍不一樣，eg:pro/E所選用的范圍是0.01-0.05㎜，UGⅡ所用的范圍是0.02-0.08㎜。如果零件細小結構復雜，可轉換精度設高一些。
B、STL文件輸出精度的取值應與相對應的原型制作設備上切片軟件的精度相匹配。過大會使切割速度嚴重減慢，過小會引起輪廓切割的嚴重失真。
C、模型的成型方向對工件品質（尺寸精度、表面粗糙度、強度等）、材料成本和制作時間產生很大的影響。一般來說，無論那種快速成型方法，由于不容易控制工件z方向的翹曲變形等原因，工件的X-Y方向的尺寸精度比Z方向的更容易保證，應該將精度要求較高的輪廓盡可能防止在X-Y平面。
D、切碎網格的尺寸有多種設定方法。當原型形狀比較簡單時，可以將網格尺寸設大一些，提高成型效率；當形狀復雜或零件內部有廢料時，可以采用變網格尺寸的方法進行設定，即在零件外部采用大網格劃分，零件內部采用小網格劃分。
E、處理濕脹變形的一般方法是涂漆。為考察原型的吸濕性即涂漆的防濕效果，選取尺寸相同的通過快速成型即成型的長方形疊層塊經過不同處理后，置入書中10min進行實驗，觀看其尺寸和重量的變化情況。
LOM技術的發展
LOM技術是一種應用廣泛，極具發展前景。隨著該技術的不斷創新完善，已經在產品設計和制造方面發會重要的作用。相信在隨著市場競爭激烈化的情況下，會有越來越多的企業采用該技術。同時，LOM技術作為多學科交叉的專業技術，其本身的發展也將推動相關技術、產業的發展！
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