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LOM 层叠实体制造:没落中的3D打印技术

2017-03-25 10:26
铁马老言
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今天带给大家的技术是LOM层叠实体制造,这种技术并不广为周知。该技术最早由美国人研制成功,后来由于技术合作被引进中国。目前,南京某公司是全球唯一拥有该技术核心专利的公司,具备全球范围的垄断性权利。层叠实体制造也成为众多3D打印技术中唯一由中国企业掌握的关键技术。

但也正是由于该技术由一家公司完全掌握,以及该技术本身的缺陷,致使采用该技术的行业相对较少。因此很多人说它是一种没落的3D打印技术。今天就为你详细带来LOM技术的分享。

LOM技术原理

1976年,Paul L Dimatteo在他的专利中提出:利用轮廓跟踪器,将三维物体转换成许多的二维薄片,然后用激光切割这些薄片,再利用螺钉、销钉等将这一系列的薄片连接成三维物体。该设想便是LOM技术的雏形。

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DiMatteo(1974)利用分层堆叠技术设计的模具

层叠实体制造(Laminated Object Manufacturing, LOM),又称分层实体制造技术,最早由Michael Feygin于1984年提出关于LOM的设想,并于1985年组建了Helisys公司(后为Cubic Technologies公司),后来在1990年推出第一台商业机LOM-1015,成功将该技术商业化。LOM技术是当前世界范围内几种最成熟的快速成型制造技术之一,主要以片材(如纸片、塑料薄膜或复合材料)作为原材料。一些改进型的LOM 3D打印机能够打印出媲美二维印刷的色彩,因此受到了人们的关注。

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发明LOM技术的Michael Feygin

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第一台LOM设备LOM-1015

LOM技术的成形原理如下图所示。激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据,将背面涂有热熔胶的片材进行切割。切割完一层后,送料机构将新的一层片材叠加上去,利用热粘压装置将已切割层粘合在一起,然后再次重复进行切割。通过逐层地黏合、切割,最终制成三维物件。目前,可供LOM设备打印的材料包括纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜等。

LOM 层叠实体制造:没落中的3D打印技术

LOM分层实体制造技术原理图(图片来源:南极熊)

我们不难发现,LOM工艺其实还是具有传统切削工艺的影子。但只不过它不是用大块原材料进行切割,而是将原来的零部件模型分割成多层,然后进行逐层切割。需要注意的是,尽管LOM工艺支持多种材料,但市面上大多使用纸张作为其原材料,因此在打印完成后都需要使用砂纸进行磨光,并用密封漆来进行防潮处理,否则打印物件容易受到水分渗透影响。

02 LOM优势和技术限制

目前LOM技术能成熟使用的材料相比FDM设备要少很多,最为成熟和常用的材料是涂有热敏胶的纤维纸。由于原材料的限制,导致打印出的最终产品在性能上仅相当于高级木材,一定程度上限制了该技术的推广和应用。普遍来说,LOM打印技术的优点主要有以下几个方面。

·成型速度较快。由于LOM无需打印整个切面,只需要使用激光束将物体轮廓切割出来,所以成型速度较快,常用于加工内部结构简单的大型物件;

·成本低。因为没有涉及化学反应,所以可以满足大型物件的制作;

·不存在收缩和翘曲变形,无须设计和构建支撑结构。

·精度较高。制件在Z方向的精度可达0.2~0.3 mm,X和Y方向的精度可达0.1~0.2 mm。

LOM的缺点也非常显著,主要体现在:

·受原材料限制,成型件的抗拉强度和弹性较差;

·不能制造中空结构件。难以构建精细形状的物件,仅限于结构简单的物件;

·后处理工艺繁琐。原型易吸湿膨胀,需进行防潮等处理流程;

·Z轴精度受材质层厚决定,难以直接构建精细的物件。

·需要专门的实验室环境,且维护费用高昂。

03 LOM技术应用

由于LOM技术本身的缺陷,致使采用该技术的产品较少,应用的行业也比较狭窄。目前多用于以下几个领域:

·直接制作纸质或薄膜等材质的功能制件,用在新产品开发中的外观评价、结构设计验证。

·通过真空注塑机制造硅橡胶模具,试制少量新产品。

·快速制模,包括铸造用金属模具、铸造用消失模、石蜡件的蜡模等。

运用LOM工艺制作的汽车车灯原型(图片来源:华中科技大学)

运用LOM工艺制造的汽车模型(图片来源:南极熊)

灰铁铸件以及LOM技术制成的原型

利用LOM技术制成的地形图模型(图片来源:3ders.com)

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利用LOM技术制成的人像模型(图片来源:3ders.com)

LOM 层叠实体制造:没落中的3D打印技术

利用LOM技术制成的彩色模型(图片来源:互联网)

当前3D打印市场FDM、SLA、SLM等打印技术占据主流,很多人说LOM技术是一种逐渐被淘汰的技术。然而有一次研发LOM技术的负责人告诉小编:让市场去检验,存在就有其价值。对此,你怎么看呢?

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