LOM分層實體制造PPT課件

1、分層實體制造分層實體制造 LOM工藝稱為分層實體制造，由美國Helisys公司的Michael Feygin于1986年研制成功。該公司已推出LOM-1050和LOM-2030兩種型號成形機。 研究LOM工藝的公司除了Helisys公司，還有日本Kira公司、瑞典Sparx公司、新加坡Kinergy精技私人有限公司、清華大學、華中理工大學等。 LOM是幾種最成熟的快速成型制造技術之一。這種制造方法和設備自1991年問世以來，得到迅速發(fā)展。由于疊層實體制造技術多使用紙材，成本低廉，制件精度高，而且制造出來的木質原型具有外在的美感性和一些特殊的品質，因此受到了較為廣泛的關注，在產(chǎn)品概念設計可視化、

2、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了迅速應用。 LOMLOM工藝采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等。片材工藝采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工時，熱壓輥熱壓片材，表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工時，熱壓輥熱壓片材，使之與下面已成形的工件粘接；用使之與下面已成形的工件粘接；用CO2CO2激光器在剛粘接激光器在剛粘接的新層上切割出零件截面輪廓和工件外框，并在截面輪的新層上切割出零件截面輪廓和工件外框，并在截面輪廓與外框之間多余的區(qū)域內切割出上下對齊的網(wǎng)格；激廓與外框之間多余的區(qū)域內切割出上下對齊的網(wǎng)格；激光切割完成后，工

3、作臺帶動已成形的工件下降，與帶狀光切割完成后，工作臺帶動已成形的工件下降，與帶狀片材片材( (料帶料帶) )分離；供料機構轉動收料軸和供料軸，帶動分離；供料機構轉動收料軸和供料軸，帶動料帶移動，使新層移到加工區(qū)域；工作臺上升到加工平料帶移動，使新層移到加工區(qū)域；工作臺上升到加工平面；熱壓輥熱壓，工件的層數(shù)增加一層，高度增加一個面；熱壓輥熱壓，工件的層數(shù)增加一層，高度增加一個料厚；再在新層上切割截面輪廓。如此反復直至零件的料厚；再在新層上切割截面輪廓。如此反復直至零件的所有截面粘接、切割完，得到分層制造的實體零件。所有截面粘接、切割完，得到分層制造的實體零件。 LOM（分層實體制造法）快速成形系

4、統(tǒng)的成形原理：LOM工藝原理在這種快速成形機上，截面輪廓被切割和疊合后所成的制品 如圖所示。其中，所需的工件被廢料小方格包圍，剔除這些小 方格之后，便可得到三維工件。 截面輪廓被切割和疊合后所成的制件 分層實體制造中的成形材料為涂有熱熔膠的薄層材料，層與層之間的粘結是靠熱熔膠保證的。LOM材料一般由薄片材料和熱熔膠兩部分組成。1薄片材料 根據(jù)對原型件性能要求的不同,薄片材料可分為：紙片材、金屬片材、陶瓷片材、塑料薄膜和復合材料片材。對基體薄片材料有如下性能要求： 抗?jié)裥?良好的浸潤性 抗拉強度 收縮率小 剝離性能好LOM成形材料 紙片材應用最多。這種紙由紙質基底和涂覆的粘結劑、改性添加劑組成，

5、成本較低。 KINERGY公司生產(chǎn)的紙材采用了熔化溫度較高的粘結劑和特殊的改性添加劑，成形的制件堅如硬木，表面光滑，有的材料能在200下工作，制件的最小壁厚可達0.30.5 mm，成形過程中只有很小的翹曲變形，即使間斷地進行成形也不會出現(xiàn)不粘結的裂縫，成形后工件與廢料易分離，經(jīng)表面涂覆處理后不吸水，有良好的穩(wěn)定性。2、熱熔膠用于LOM紙基的熱熔膠按基體樹脂劃分，主要有乙烯-醋酸乙烯酯共聚物型熱熔膠、聚酯類熱熔膠、尼龍類熱熔膠或其混合物。熱熔膠要求有如下性能：良好的熱熔冷固性能（室溫下固化）；在反復“熔融-固化”條件下其物理化學性能穩(wěn)定；熔融狀態(tài)下與薄片材料有較好的涂掛性和涂勻性；足夠的粘接強度

6、；良好的廢料分離性能。 目前，EVA型熱熔膠應用最廣。EVA型熱熔膠由共聚物EVA樹脂、增粘刑、蠟類和抗氧劑等組成。增粘劑的作用是增加對被粘物體的表面粘附性和膠接強度。隨著增粘劑用量增加，流動性、擴散性變好，能提高膠接面的潤濕性和初粘性。但增粘劑用量過多，膠層變脆，內聚強度下降。為了防止熱熔膠熱分解、膠變質和膠接強度下降，延長膠的使用壽命，一般加入0.52的抗氧劑;為了降低成本，減少固化時的收縮率和過度滲透性，有時加入填料。熱熔膠涂布可分為均勻式涂布和非均勻涂布兩種。均勻式涂布采用狹縫式刮板進行涂布，非均勻涂布有條紋式和顆粒式。一般來講，非均勻涂布可以減少應力集中，但涂布設備比較貴。 LOM原

7、型的用途不同，對薄片材料和熱熔膠的要求也不同。當LOM原型用作功能構件或代替木模時，滿足一般性能要求即可。若將LOM原型作為消失模進行精密熔模鑄造，則要求高溫灼燒時LOM原型的發(fā)氣速度較小，發(fā)氣量及殘留灰分較少等。而用LOM原型直接作模具時，還要求片層材料和粘結劑具有一定的導熱和導電性能。分層實體制造技術的特點: 1、 原型精度高 2、 有較高的硬度和較好的機械性能，可進行各種切削加工 3、 無須后固化處理 4、 無須設計和制作支撐結構 5、 廢料易剝離 6、制件尺寸大 7、原材料價格便宜，原型制作成本低 1、 不能直接制作塑料工件 2、 工件的抗拉強度和彈性不夠好 3、工件易吸濕膨脹 4、工

8、件表面有臺階紋 缺缺 點點優(yōu)優(yōu) 點點 分層實體制造方法與其他快速原型制造技術相比，具有制分層實體制造方法與其他快速原型制造技術相比，具有制作效率高、速度快、成本低等優(yōu)點，在我國具有廣闊的應用前作效率高、速度快、成本低等優(yōu)點，在我國具有廣闊的應用前景。景。 8、成型速度快LOM 原型成型的一般工藝過程 LOM成型的全過程可以歸納為前處理、分層疊加成型、后處理3個主要步驟。具體的說，LOM成型的工藝過程大致如下： (1)圖形處理階段。制造一個產(chǎn)品，首先通過三維造型軟件(如：ProE、UG、SolidWorks)進行產(chǎn)品的三維模型構造，然后將得到的三維模型轉換為STL格式，再將STL格式的模型導人到

9、專用的切片軟件中(如華中科大的HRP軟件)進行切片。 (2)基底制作。由于工作臺的頻繁起降，所以必須將LOM原型的疊件與工作臺牢固連接，這就需要制作基底，通常設置35層的疊層作為基底，為了使基底更牢固，可以在制作基底前給工作臺預熱。 (3)原型制作。制作完基底后，快速成型機就可以根據(jù)事先設定好的加工工藝參數(shù)自動完成原型的加工制作，而工藝參數(shù)的選擇與原型制作的精度、速度以及質量有關這其中重要的參數(shù)有激光切割速度、加熱輥溫度、激光能量、破碎網(wǎng)格尺寸等。 (4)余料去除。余料去除是一個極其煩瑣的輔助過程，它需要工作人員仔細、耐心，并且最重要的是要熟悉制件的原型這樣在剝離的過程中才不會損壞原型。 (5

10、)后置處理。余料去除以后，為提高原型表面質量或需要進一步翻制模具則需對原型進行后置處理如防水、防潮、加同并使其表面光滑等，只有經(jīng)過必要的后置處理工作，才能滿足快速原型表面質量、尺寸穩(wěn)定性、精度和強度等要求。 分分層層疊疊加加前前處處理理后后處處理理STL文件文件 切片處理切片處理 設置工藝參數(shù)設置工藝參數(shù) 基底制作基底制作 原型制作原型制作 余料去除余料去除 表面質量處理表面質量處理 提高強硬度處理提高強硬度處理 激光切割速度加熱輥溫度 切片軟件精度 切碎網(wǎng)格尺寸 LOM成型的全過程圖示分層實體制造工藝后置處理中的表面涂覆 LOM原型經(jīng)過余料去除后，為了提高原型的性能和便于表面打磨，經(jīng)常需要對

11、原型進行表面涂覆處理，表面涂覆的好處有：（1）提高強度；（2）提高耐熱性；（3）改進抗?jié)裥?；?）延長原型的壽命；（5）易于表面打磨等處理； （6）經(jīng)涂覆處理后，原型可更好地用于裝配和功能檢驗。 提 高 分 層 實 體 原 型 制 作 質 量 措 施 (1) 分層實體原型制作誤差分析 1、CAD模型STL文件輸出造成的誤差2、切片軟件STL文件輸入設置造成的誤差工藝參數(shù)不穩(wěn)定 4、成型之后環(huán)境變化引起誤差 熱變形 濕變形 3、設備精度誤差不一致的約束 成型功率控制不當 切碎網(wǎng)格尺寸 （2） 提 高 分 層 實 體 原 型 制 作 精 度 的 措 施 1、在進行STL轉換時，可以根據(jù)零件形狀的不

12、同復雜程度來定。在保證成形件形狀完整平滑的前提下，盡量避免過高的精度。不同的CAD軟件所用的精度范圍也不一樣，例如Pro/E所選用的范圍是0.010.05mm，UG所選用的范圍是0.020.08mm，如果零件細小結構較多可將轉換精度設高一些。 2、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。 3、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(chǎn)生很大的影響。一般而言，無論哪種快速成形方法，由于不易控制工件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方向的更易保證，應該將精

13、度要求較高的輪廓盡可能放置在X-Y平面。 4、切碎網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)格尺寸的方法進行設定，即在零件外部采用大網(wǎng)格劃分，零件內部采用小網(wǎng)格劃分。 5、 處理濕脹變形的一般方法是涂漆。為考察原型的吸濕性及涂漆的防濕效果，選取尺寸相同的通過快速成型機成型的長方形疊層塊經(jīng)過不同處理后，置入水中10min進行實驗，其尺寸和重量的變化情況如下表所示。從此表可以看出，未經(jīng)任何處理的疊層塊對水分十分敏感，在水中浸泡10min，疊層方向便漲高45mm，增長41%，而且水平方向的尺寸也略有增長，吸入水分的

14、重量達164g，說明未經(jīng)處理的LOM原型是無法在水中進行使用，或者在潮濕環(huán)境中不宜存放太久。為此，將疊層塊涂上薄層油漆進行防濕處理。從實驗結果看，涂漆起到了明顯的防濕效果。在相同浸水時間內，疊層方向僅增長3mm，吸水重量僅4g。當涂刷兩層漆后，原型尺寸已得到穩(wěn)定控制，防濕效果已十分理想。 紙材的最顯著缺點是對濕度極其敏感，LOM原型吸濕后疊層方向尺寸增長，嚴重時疊層會相互之間脫離。為避免因吸濕而引起的這些后果，在原型剝離后短期內應迅速進行密封處理。表面涂覆可以實現(xiàn)良好的密封，而且同時可以提高原型的強度和抗熱抗?jié)裥浴／B層實體制造工藝的應用示例 隨著汽車制造業(yè)的迅猛發(fā)展，車型更新?lián)Q代的周期不斷縮短

15、，導致對與整車配套的各主要部件的設計也提出了更高要求。其中，汽車車燈組件的設計，要求在內部結構滿足裝配和使用要求外，其外觀的設計也必須達到與車體外形的完美統(tǒng)一。車燈設計與生產(chǎn)的專業(yè)廠家傳統(tǒng)的開發(fā)手段受到了嚴重的挑戰(zhàn)?？焖俪尚图夹g的出現(xiàn)，較好地迎合了車燈結構與外觀開發(fā)的需求。下面為某車燈配件公司為國內某大型汽車制造廠開發(fā)的某型號轎車車燈LOM原型，通過與整車的裝配檢驗和評估，顯著提高了該組車燈的開發(fā)效率和成功率。 1、汽車車燈轎車后組合燈轎車前照燈 某機床操作手柄為鑄鐵件，人工方式制作砂型鑄造用的木模十分費時困難，而且精度得不到保證。隨著CADCAM技術的發(fā)展和普及，具有復雜曲面形狀的手柄的設計

16、直接在CAD/CAM軟件平臺上完成，借助快速成型技術尤其是疊層實體制造技術，可以直接由CAD模型高精度地快速制作砂型鑄造的木模，克服了人工制作的局限和困難，極大地縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)的周期并提高了產(chǎn)品的精度和質量。下圖為鑄鐵手柄的CAD模型和LOM原型。 2、鑄鐵手柄 CAD模型LOM原型3、LOM原型在制鞋業(yè)中的應用 當前國際上制鞋業(yè)的競爭日益激烈，而美國Wolverine World Wide 公司無論在國際還是美國國內市場都一直保持著旺盛的銷售勢頭，該公司鞋類產(chǎn)品的款式一直保持著快速的更新，時時能夠為顧客提供高質量的產(chǎn)品，而使用PowerSHAPE軟件和Helysis公司的LOM快速原型加工技

17、術是Wolverine World Wide 公司成功的關鍵。 Wolverine 的設計師們首先設計鞋底和鞋跟的模型或圖形，從不同角度用各種材料產(chǎn)生三維光照模型顯示，這種高質的圖像顯示使得在開發(fā)過程中能及早地排除任何看起來不好的裝飾和設計。 即使前期的設計已經(jīng)排除了許多不理想的地方，但是投入加工之前，Wolverine公司仍然需要有實物模型。鞋底和鞋跟的LOM模型非常精巧，但其外觀是木質的，為使模型看起來更真實，可在LOM表面噴涂產(chǎn)生不同材質效果。 每一種鞋底配上適當?shù)男婧笊a(chǎn)若干雙樣品，放到主要的零售店展示，以收集顧客的意見。根據(jù)顧客所反饋的意見，計算機能快速地修改模型，根據(jù)需要，可再產(chǎn)生相應的LOM模型和式樣。 分層實體制造產(chǎn)品分層實體制造的發(fā)展 LOM LOM技術是一種具有廣泛應用前景的、正技術是一種具有廣泛應用前景的、正在