详解3D打印LOM技术

LOM基体材料的特性要求[6]

LOM对于基体薄片材料要求是厚薄均匀、力学性能良好并与粘结剂有较好的涂挂性和粘接能力。对粘结剂性能的基本要求是，在LOM成型过程中，通过热压装置的作用使得材料逐层粘接在一起，形成所需的制件。材料品质的优劣主要表现为成型件的粘接强度、硬度、可剥离性、防潮性能等。用于LOM的粘结剂通常为加有某些特殊添加组分的热熔胶，它的性能要求是：

（1）良好的热熔冷固性能（室温固化）；

（2）在反复“熔融-固化”条件下其物理化学性能稳定；

（3）熔融状态下与薄片材料有较好的涂挂性和涂匀性；

（4）足够的粘接强度；

（5）良好的废料分离性能。

LOM技术的优缺点

与其他方法相比较LOM 技术由于其在空间大小、原材料成本、机加工效率等方面独特的优点，因此使其得到了广泛的应用。其具体表现为[7]：

（1）LOM 技术在成形空间大小方面的优势。LOM 工作原理简单，一般不受工作空间的限制，从而使得可以采用LOM技术制造较大尺寸的产品。

（2）LOM 技术在原材料成本方面的优势。相对于LOM 技术，其他的加工系统都对其成形材料有相应的要求。例如SLA技术需要液体材料并且材料需要有可光固化，SLS 技术要求较小尺寸的颗粒形粉材，FDM技术则需要可熔融的线材。不仅在种类和性能上这些成形原材料有差异, 而且在价格上也各不相同。从材料成本方面来看:FDM 技术和SLA 技术所需的材料有较高价格，SLS 技术的材料价格比较适中，相比较而言LOM 技术的材料最为便宜。

（3）LOM 技术在成形工艺加工效率方面的优势。相对于其他快速成型技术，LOM 技术加工中以面为加工单位, 因此这种加工方法有最高的加工效率。结合同其他快速成型的比较，LOM 技术具有以下特点：

（1） 由于LOM 工艺只须在片材上切割出零件截面的轮廓，而不用扫描整个界面，因此工艺简单，成型速度快，易于制造大型零件。

（2）工艺工程中不存在材料相变，因此不易引起翘曲、变形，零件的精度较高，激光切割为0.1mm，刀具切割为0.15mm。

（3）工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用，所以LOM 工艺无需加支撑。

（4）材料广泛，成本低，用纸制原料还有利于环保。

缺点在于：

A、有激光损耗，并且需要建造专门的实验室，维护费用太昂贵；

B、可以应用的原材料种类较少，尽管可选用若干原材料，但目前常用的还是纸，其他还在研发中；

C、打印出来的模型必须立即进行防潮处理，纸制零件很容易吸湿变形，所以成型后必须用树脂、防潮漆涂覆。

D、此种技术很难构建形状精细、多曲面的零件，仅限于结构简单的零件。

E、制作时，加工室温度过高，容易引发火灾，需要专门的人看守。

LOM技术的应用

快速原型制造技术仅有十几年的发展历史,早期的研究主要集中于开发快速原型的构造方法及其商品化设备上,随着快速原型制造设备的日趋完善和市场的强烈需求,近期研究的热点便转向开发快速原型的应用领域和完善制作工艺、提高原型制作质量. 受到高度重视的叠层实体制造技术的应用领域也正在不断扩展,概括起来主要有以下几个方面[8]:

产品概念设计可视化和造型设计评估

产品开发与创新是把握企业生存命脉的重要经营环节,过去所延用的产品开发模式是指产品开发→生产→市场开拓三者逐一开展,主要问题是将设计缺陷直接带入生产,并最终影响到产品的市场推广及销售,叠层实体制造技术可以解决这一问题. 也就是将产品概念设计转化为实体,为设计开发提供了充分的感性参考. 大体说来,可以发挥以下作用: ①为产品外形的调整和检验产品各项性能指标是否达到预想效果提供依据; ②检验产品结构的合理性,提高新产品开发的可靠性; ③用样品面对市场,调整开发思路,保证产品适销对路,使产品开发和市场开发同步进行,缩短新产品投放市场的时间.

产品装配检验

当产品各部件之间有装配关系时,就需要进行装配检验,而图纸上所反映的装配关系不直接,很难把握. LOM技术可以将图纸变为实体,其装配关系显而易见。

熔模铸造型芯

LOM实体在精密铸造中用作可废弃的模型，也就是说可以作为熔模铸造的型芯。由于在燃烧时LOM实体不膨胀，也不会破坏壳体，所以在传统的壳体铸造中，可以采用此种技术。

砂型铸造木模

传统砂型铸造中的木模主要是由木工手工制作的，其精度不高,而且对于形状复杂的薄壁件根本无法实现，LOM技术则可以很轻松地制作任何复杂的实体形状，而且完全可以达到高精度要求。

快速制模的母模

LOM技术可以为快速翻制模具提供母模原型。已开发出多种多样的快速模具制造工艺方法.。按模具材料和生产成本可分为软质模具(或简易模具)和钢质模具两大类，其中软质模具主要用于小批量零件或者用于产品的试生产。此类模具，一般先用LOM等技术制作零件原型，然后根据原型翻制成硅橡胶模、金属树脂模和石膏模等，然后再利用上述的软质模具制作产品。

直接制模

用LOM技术直接制成的模具,坚如硬木,并可耐200℃的高温，可用作低熔点合金的模具或试制用注塑模以及精密铸造用的蜡芯成型模等。

LOM技术应用实例

基于LOM 技术的快速制模工艺[7]

利用LOM 技术制作快速原型件，其基本原理是由背面涂有热熔性粘合剂，并经特殊处理的纸经激光切割、逐层叠加而成的，由于采用了熔化温度较高的粘结剂和特殊的改性添加剂，强度类似硬木，可承受200℃左右的高温，具有较好的力学强度和稳定性, 经过适当的表面处理，如喷涂清漆、高分子材料或金属后，可作为各类间接快速制模工艺的母模，或直接作为模具用于生产。利用LOM 技术制作的纸基砂型铸造模具, 可以取代传统的木模用于铸造生产，具有成本低、制造速度快精度高等特点，对于形状复杂的中小型铸件，其优势尤为突出。

摩托车发动机缸盖快速原型制作[9]

发动机缸盖三维CAD造型摩托车发动机缸盖的形状十分复杂，传统设计手段需要周期较长，根据设计结果采用传统的手工方法制作模型难度极大，甚至无法实现。本实例采用UGII软件进行该产品的三维设计，并直接驱动HRP-Ⅲ激光快速成型制造设备完成摩托车发动机缸盖原型的快速制造，显著缩短了该产品的设计与开发周期。

LOM工艺采用的原料价格便宜，因此制作成本极为低廉，其适用于大尺寸工件的成型，成型过程无需设置支撑结构，多余的材料也容易剔除，精度也比较理想。尽管如此，由于LOM技术成型材料的利用率不高，材料浪费严重，颇被诟病，又随着新技术的发展LOM工艺将有可能被逐步淘汰。

参考文献

[1] 于冬梅，LOM（分层实体制造）快速成型设备研究与设计[M], 河北科技大学，2011

[2] 李小明，李彦生，韩景芸. 基于超声波焊接技术的快速成型方法研究[J]．机床与液压，2007, 35(3) : 4-6．

[3] 郭平英. 基于5mm以上分层板金属功能零件LOM 技术[J]. 山西冶金，2008(5) : 28-30．

[4] 徐明君，单忠德，南光熙，等．超声焊接在数字化分层实体制造中的应用研究[J]. 电加工与模具，2006( 4) : 32-34．

[5] 于殿泓，李涤尘，卢秉恒.一种新型制造加工手段—快速成塑制造技术[J].工具技术，2000,34（4）：8-10

[6] 3D打印陶瓷：谁来捧场？ 中国文化报 2014年02月15日

[7] 胡增荣, 周建忠, 高振宇, 等.快速模具制造技术在砂型铸造模具上的应用[J].铸造设备研究, 2005 ,(5):29-32.

[8] 黄诗君, 肖小亭, 张宏超.基于RP 的砂型铸造模具快速制造技术研究[J].大众科技, 2005 ,(1):20-22.

[9] 王广春，王晓艳，赵国群. 快速原型的叠层实体制造技术[J],山东工业大学学报，2001,31（1）：59-64.