分層實(shí)體制造

1、分層實(shí)體制造LOM分層實(shí)體制造分層實(shí)體制造 LOMLOM工藝稱為分層實(shí)體制造工藝稱為分層實(shí)體制造，由美國(guó)，由美國(guó)HelisysHelisys公司的公司的Michael FeyginMichael Feygin于于19861986年研制成功。該公司已推出年研制成功。該公司已推出LOM-LOM-10501050和和LOM-2030LOM-2030兩種型號(hào)成形機(jī)。兩種型號(hào)成形機(jī)。 研究研究LOMLOM工藝的公司除了工藝的公司除了HelisysHelisys公司，還有日本公司，還有日本KiraKira公司、瑞典公司、瑞典SparxSparx公司、新加坡公司、新加坡KinergyKinergy精技私人有

2、限公司、精技私人有限公司、清華大學(xué)、華中理工大學(xué)等。清華大學(xué)、華中理工大學(xué)等。 LOMLOM是幾種最成熟的快速成型制造技術(shù)之一。這種制造方是幾種最成熟的快速成型制造技術(shù)之一。這種制造方法和設(shè)備自法和設(shè)備自19911991年問(wèn)世以來(lái)，得到迅速發(fā)展。由于疊層實(shí)年問(wèn)世以來(lái)，得到迅速發(fā)展。由于疊層實(shí)體制造技術(shù)多使用紙材，成本低廉，制件精度高，而且制體制造技術(shù)多使用紙材，成本低廉，制件精度高，而且制造出來(lái)的木質(zhì)原型具有外在的美感性和一些特殊的品質(zhì)，造出來(lái)的木質(zhì)原型具有外在的美感性和一些特殊的品質(zhì)，因此受到了較為廣泛的關(guān)注，在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)可視化、造因此受到了較為廣泛的關(guān)注，在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)可視化、造型設(shè)計(jì)評(píng)

3、估、裝配檢驗(yàn)、熔模鑄造型芯、砂型鑄造木模、型設(shè)計(jì)評(píng)估、裝配檢驗(yàn)、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(yīng)用。快速制模母模以及直接制模等方面得到了迅速應(yīng)用。LOM（分層實(shí)體制造法）快速成形系統(tǒng)的成形原理 LOMLOM工藝采用工藝采用薄片材料薄片材料，如紙、塑料薄膜等。，如紙、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工時(shí)，片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工時(shí)，熱壓輥熱壓片材，使之與下面已成形的工件熱壓輥熱壓片材，使之與下面已成形的工件粘接；用粘接；用CO2CO2激光器在剛粘接的新層上切割出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，并在截面輪廓與零件截面輪

4、廓和工件外框，并在截面輪廓與外框之間多余的區(qū)域內(nèi)切割出上下對(duì)齊的網(wǎng)外框之間多余的區(qū)域內(nèi)切割出上下對(duì)齊的網(wǎng)格；激光切割完成后，工作臺(tái)帶動(dòng)已成形的格；激光切割完成后，工作臺(tái)帶動(dòng)已成形的工件下降，與帶狀片材工件下降，與帶狀片材( (料帶料帶) )分離；供料機(jī)分離；供料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)收料軸和供料軸，帶動(dòng)料帶移動(dòng)，使構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)收料軸和供料軸，帶動(dòng)料帶移動(dòng)，使新層移到加工區(qū)域；工作臺(tái)上升到加工平面；新層移到加工區(qū)域；工作臺(tái)上升到加工平面；熱壓輥熱壓，工件的層數(shù)增加一層，高度增熱壓輥熱壓，工件的層數(shù)增加一層，高度增加一個(gè)料厚；再在新層上切割截面輪廓。如加一個(gè)料厚；再在新層上切割截面輪廓。如此反復(fù)直至零件的所有截面粘接

5、、切割完，此反復(fù)直至零件的所有截面粘接、切割完，得到分層制造的實(shí)體零件。得到分層制造的實(shí)體零件。在這種快速成形機(jī)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 LOM流程流程 CAD模型的形成于一般CAD造型過(guò)程沒(méi)有區(qū)別，其作用是進(jìn)行零件的三維幾何造型，許多具有三維造型功能的軟件 ，如Pro/E、AutoCAD,UG,CATIA等均可以完成這樣的任務(wù)。利用這些軟件對(duì)零件造型以后，還能將零件的實(shí)體造型轉(zhuǎn)化為易于對(duì)其進(jìn)行分層處理的三角面片造型格式，即STL格式。 模型Z向分層是一個(gè)切片的過(guò)程

6、，它將STL文件格式的CAD模型根據(jù)有利于零件堆積制造而優(yōu)選的特殊方位，橫截成一系列具有一定厚度的薄片，得到每一個(gè)切片的內(nèi)外輪廓等幾何信息。 層面信息處理就是根據(jù)經(jīng)過(guò)分層處理后得到的層面信息，通過(guò)層面內(nèi)外輪廓識(shí)別及料區(qū)的特性判斷等，生成成型機(jī)工作的數(shù)控代碼，以便成型機(jī)的激光頭對(duì)每一層進(jìn)行精確加工。 層面粘接與加工處理就是將新的切片與前一層進(jìn)行粘接，并根據(jù)生成的數(shù)控代碼對(duì)當(dāng)前面進(jìn)行加工，它包括對(duì)前面進(jìn)行截面輪廓切割以及網(wǎng)格切割。 逐層堆積是指當(dāng)前層與前一層粘接且加工結(jié)束后，使得零件下降一個(gè)層面，送紙機(jī)構(gòu)送上新的紙，成型機(jī)再重新加工新的一層，如此反復(fù)，直至加工完成。 后處理是對(duì)成型機(jī)加工完成的制件

7、進(jìn)行必要的處理，如清洗掉嵌入在工件內(nèi)不需要的廢料。LOM成型機(jī)需要的主要裝置根據(jù)LOM工藝的，LOM成型機(jī)需要的主要裝置如下：1. 工作臺(tái)及升降裝置 工作臺(tái)用于放置切割加工后的模型，升降裝置用于實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的上下運(yùn)動(dòng)，以便調(diào)整工作臺(tái)的位置以及實(shí)現(xiàn)模型的按層堆積。2. 熱壓裝置 通過(guò)碾壓裝置作用，以便使加熱了的壓輥將新的輸入紙與前一層進(jìn)行粘合在一起。3. 激光掃面裝置 使得由激光發(fā)生器發(fā)出的激光束通過(guò)反射鏡反射，讓激光按照指定的軌跡運(yùn)動(dòng)，切割涂有熱熔膠的紙，從而切割出相應(yīng)的截面輪廓和網(wǎng)格。4. 送紙裝置 當(dāng)對(duì)當(dāng)前層的紙完成了切割且工作臺(tái)下降到一定距離后，利用送紙裝置送入新的紙，以便進(jìn)行新的切割。5

8、. 其他裝置 為了使LOM成型機(jī)完成所需的工作，還需要其他的一些輔助裝置，如緩沖裝置、平衡裝置等。成型材料 分層實(shí)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(jié)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(duì)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(fù)合材料片材。對(duì)基體薄片材料有如下性能要求： 抗?jié)裥?良好的浸潤(rùn)性 抗拉強(qiáng)度 收縮率小 剝離性能好 紙片材應(yīng)用最多。這種紙由紙質(zhì)基底和涂覆的粘結(jié)劑、改性添加劑組成，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(jié)劑和特殊的改性添加劑，成形的制件堅(jiān)如硬木，表

9、面光滑，有的材料能在200下工作，制件的最小壁厚可達(dá)0.30.5 mm，成形過(guò)程中只有很小的翹曲變形，即使間斷地進(jìn)行成形也不會(huì)出現(xiàn)不粘結(jié)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。熱熔膠 用于LOM紙基的熱熔膠按基體樹(shù)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(fù)“熔融-固化”條件下其物理化學(xué)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(qiáng)度； 良好的廢料分離性能。 目前，EVA型熱熔膠應(yīng)用最廣。EVA型熱熔膠由共聚物EVA樹(shù)脂、增粘刑、蠟類

10、和抗氧劑等組成。增粘劑的作用是增加對(duì)被粘物體的表面粘附性和膠接強(qiáng)度。隨著增粘劑用量增加，流動(dòng)性、擴(kuò)散性變好，能提高膠接面的潤(rùn)濕性和初粘性。但增粘劑用量過(guò)多，膠層變脆，內(nèi)聚強(qiáng)度下降。為了防止熱熔膠熱分解、膠變質(zhì)和膠接強(qiáng)度下降，延長(zhǎng)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(shí)的收縮率和過(guò)度滲透性，有時(shí)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(jìn)行涂布，非均勻涂布有條紋式和顆粒式。一般來(lái)講，非均勻涂布可以減少應(yīng)力集中，但涂布設(shè)備比較貴。 LOM原型的用途不同，對(duì)薄片材料和熱熔膠的要求也不同。當(dāng)LOM原型用作功能構(gòu)件或代替木模時(shí)，滿足一般性能要求

11、即可。若將LOM原型作為消失模進(jìn)行精密熔模鑄造，則要求高溫灼燒時(shí)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(shí)，還要求片層材料和粘結(jié)劑具有一定的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能。LOM 原型成型的一般工藝過(guò)程 LOM成型的全過(guò)程可以歸納為前處理、分層疊加成型、后處理3個(gè)主要步驟。具體的說(shuō)，LOM成型的工藝過(guò)程大致如下： (1)圖形處理階段。制造一個(gè)產(chǎn)品，首先通過(guò)三維造型軟件(如：ProE、UG、SolidWorks)進(jìn)行產(chǎn)品的三維模型構(gòu)造，然后將得到的三維模型轉(zhuǎn)換為STL格式，再將STL格式的模型導(dǎo)人到專用的切片軟件中(如華中科大的HRP軟件)進(jìn)行切片。 分分層層疊疊加加后后處處理

12、理STL文件文件 切片處理切片處理 設(shè)置工藝參數(shù)設(shè)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(zhì)量處理表面質(zhì)量處理 提高強(qiáng)硬度處理提高強(qiáng)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 (2)基底制作。由于工作臺(tái)的頻繁起降，所以必須將LOM原型的疊件與工作臺(tái)牢固連接，這就需要制作基底，通常設(shè)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(tái)預(yù)熱。 (3)原型制作。制作完基底后，快速成型機(jī)就可以根據(jù)事先設(shè)定好的加工工藝參數(shù)自動(dòng)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(zhì)量有關(guān)這其中重要的參數(shù)有激光切割速度、加熱輥溫度、激光

13、能量、破碎網(wǎng)格尺寸等。 (4)余料去除。余料去除是一個(gè)極其煩瑣的輔助過(guò)程，它需要工作人員仔細(xì)、耐心，并且最重要的是要熟悉制件的原型這樣在剝離的過(guò)程中才不會(huì)損壞原型。 (5)后置處理。余料去除以后，為提高原型表面質(zhì)量或需要進(jìn)一步翻制模具則需對(duì)原型進(jìn)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(guò)必要的后置處理工作，才能滿足快速原型表面質(zhì)量、尺寸穩(wěn)定性、精度和強(qiáng)度等要求。分層實(shí)體制造工藝后置處理中的表面涂覆 LOM原型經(jīng)過(guò)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(duì)原型進(jìn)行表面涂覆處理，表面涂覆的好處有： （1）提高強(qiáng)度；（2）提高耐熱性； （3）改進(jìn)抗?jié)裥?；?）延長(zhǎng)原型的壽命

14、； （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(yàn) 分層實(shí)體制造技術(shù)的特點(diǎn): 優(yōu)點(diǎn)：1、 原型精度高 2、 有較高的硬度和較好的機(jī)械性能，可進(jìn)行各種切削加工 3、 無(wú)須后固化處理 4、 無(wú)須設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu) 5、 廢料易剝離 6、制件尺寸大 7、原材料價(jià)格便宜，原型制作成本低 8、成型速度快分層實(shí)體制造方法與其他快速原型制造技術(shù)相比，具有制作效率高、速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)具有廣闊的應(yīng)用前景。 缺點(diǎn) 1、不能直接制作塑料工件 2、 工件的抗拉強(qiáng)度和彈性不夠好 4、工件表面有臺(tái)階紋3、工件易吸濕膨脹5、前后處理費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且不能制造中空結(jié)構(gòu)件。LOM對(duì)產(chǎn)品周期

15、的影響 四方面受益 快速成型與傳統(tǒng)加工有著本質(zhì)上的區(qū)別，因此可使設(shè)計(jì)者、制造者、推銷者和用戶四方面都得到很大的效益。 1 設(shè)計(jì)者 在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，通常分為概念設(shè)計(jì)及詳細(xì)設(shè)計(jì)。由于設(shè)計(jì)者的能力有限，不可能在短時(shí)間內(nèi)，僅憑圖紙上的思維，就把結(jié)構(gòu)、形狀及尺寸等問(wèn)題考慮得很周全并使結(jié)果優(yōu)化，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，往往難免有所疏漏，從而造成返工。為解決上述問(wèn)題，在現(xiàn)代制造技術(shù)領(lǐng)域中，提出了并行工程的方法，它以小組協(xié)同工作為基礎(chǔ)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享數(shù)據(jù)等信息資源，來(lái)同步考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造的有關(guān)技術(shù)問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)的思想。然而，僅僅依靠計(jì)算機(jī)及數(shù)字模擬，沒(méi)有必要的物理模擬手段，也難于完美地進(jìn)行并行設(shè)計(jì)。 采用快速成型

16、技術(shù)之后，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)的最初階段，就能拿到實(shí)在的產(chǎn)品樣品，并可在不同階段快速地修改、重做樣品，甚至做出試制用工模具及少量的產(chǎn)品，據(jù)此判斷有關(guān)的各種問(wèn)題。這給設(shè)計(jì)者創(chuàng)造了一個(gè)優(yōu)良的設(shè)計(jì)環(huán)境，無(wú)需多次反復(fù)思考、修改，即可盡快得到優(yōu)化結(jié)果。因此，快速成型技術(shù)是真正實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)的強(qiáng)有力手段。 2 制造者 制造者在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最初階段，也能拿到實(shí)在的產(chǎn)品樣品、甚至試制用的工模具及少量產(chǎn)品，這使得他們能及早地對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提出意見(jiàn)，做好原材料、標(biāo)準(zhǔn)件、外協(xié)加工件、加工工藝和批量生產(chǎn)用工模具等準(zhǔn)備，最大限度地減少失誤和返工，大大節(jié)省工時(shí)、降低加工成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量。 3 推銷者 推銷者在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最初階段，也可拿

17、到產(chǎn)品樣品、甚至少量產(chǎn)品，這使得他們能據(jù)此及早、實(shí)在地向用戶宣傳，征求意見(jiàn)，并進(jìn)行比較準(zhǔn)確的市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)，而不是僅憑抽象的產(chǎn)品描述或一張圖紙、一份樣本來(lái)推銷。所以，快速成型技術(shù)的應(yīng)用可以顯著地降低新產(chǎn)品的銷售風(fēng)險(xiǎn)和成本，大大縮短其投放市場(chǎng)的時(shí)間和提高競(jìng)爭(zhēng)能力。 4 用戶 用戶在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最初階段，也能見(jiàn)到產(chǎn)品樣品，甚至少量產(chǎn)品，這使得他們及早、深刻地認(rèn)識(shí)產(chǎn)品，進(jìn)行必要的測(cè)試，并且提出有關(guān)的意見(jiàn)，從而可以在盡可能短的時(shí)間內(nèi)，以合理的價(jià)格得到性能最符合要求的產(chǎn)品。 提 高 分 層 實(shí) 體 原 型 制 作 質(zhì) 量 措 施 F(1) 分層實(shí)體原型制作誤差分析 1、CAD模型STL文件輸出造成的誤差 2

18、、切片軟件STL文件輸入設(shè)置造成的誤差 3、設(shè)備精度差 約束不一致 成型功率控制不當(dāng) 切碎網(wǎng)格尺寸問(wèn)題 工藝參數(shù)不穩(wěn)定 4、成型后環(huán)境引起的變化 熱變形 濕變形（2） 提 高 分 層 實(shí) 體 原 型 制 作 精 度 的 措 施 1、在進(jìn)行STL轉(zhuǎn)換時(shí)，可以根據(jù)零件形狀的不同復(fù)雜程度來(lái)定。在保證成形件形狀完整平滑的前提下，盡量避免過(guò)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(xì)小結(jié)構(gòu)較多可將轉(zhuǎn)換精度設(shè)高一些。 2、STL文件輸出精度的取值應(yīng)與相對(duì)應(yīng)的原型制作設(shè)備上切片軟件的精度相匹配。過(guò)大會(huì)使

19、切割速度嚴(yán)重減慢，過(guò)小會(huì)引起輪廓切割的嚴(yán)重失真。 3、模型的成型方向?qū)ぜ焚|(zhì)（尺寸精度、表面粗糙度、強(qiáng)度等）、材料成本和制作時(shí)間產(chǎn)生很大的影響。一般而言，無(wú)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(yīng)該將精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(shè)定方法。當(dāng)原型形狀比較簡(jiǎn)單時(shí)，可以將網(wǎng)格尺寸設(shè)大一些，提高成型效率；當(dāng)形狀復(fù)雜或零件內(nèi)部有廢料時(shí)，可以采用變網(wǎng)格尺寸的方法進(jìn)行設(shè)定，即在零件外部采用大網(wǎng)格劃分，零件內(nèi)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

20、尺寸相同的通過(guò)快速成型機(jī)成型的長(zhǎng)方形疊層塊經(jīng)過(guò)不同處理后，置入水中10min進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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(duì)水分十分敏感，在水中浸泡10min，疊層方向便漲高45mm，增長(zhǎng)41%，而且水平方向的尺寸也略有增長(zhǎng)，吸入水分的重量達(dá)164g，說(shuō)明未經(jīng)處理的LOM原型是無(wú)法在水中進(jìn)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(jìn)行防濕處理。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，涂漆起到了明顯的防濕效果。在相同浸水時(shí)間內(nèi)，疊層方向僅增長(zhǎng)3mm，吸水重量?jī)H4g。當(dāng)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(diǎn)是對(duì)濕度極其敏感，LOM

21、原型吸濕后疊層方向尺寸增長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)疊層會(huì)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(nèi)應(yīng)迅速進(jìn)行密封處理。表面涂覆可以實(shí)現(xiàn)良好的密封，而且同時(shí)可以提高原型的強(qiáng)度和抗熱抗?jié)裥浴７謱訉?shí)體制造對(duì)激光器及其控制有特殊的要求： 激光輸出能量穩(wěn)定且能夠隨掃描速度變化而變化，因此設(shè)備需要裝備自動(dòng)匹配軟件，使之能夠根據(jù)激光的瞬時(shí)切割速度自動(dòng)調(diào)節(jié)激光輸出功率。在快速切割直線時(shí)有足夠的切割功率，在低速切割圓弧曲線時(shí)有較低的切割功率。 激光器能夠快速開(kāi)啟和關(guān)閉。 激光束光斑尺寸能夠自動(dòng)補(bǔ)償，能自動(dòng)快速識(shí)別截面的內(nèi)、外輪廓邊界，能根據(jù)激光的光斑尺寸自動(dòng)向內(nèi)或向外偏移半個(gè)光斑尺寸，從而保證了實(shí)際邊界輪廓

22、與理論邊界輪廓的一致。 在成型由分段折線圍成輪廓的切片截面時(shí)，激光頭存在多次啟?，F(xiàn)象。在切割一條折線段時(shí)，激光頭從開(kāi)始啟動(dòng)、加速最后達(dá)到勻速。在要切割完畢時(shí)，掃描速度則存在相反的變化過(guò)程，從恒定的掃描速度開(kāi)始，經(jīng)過(guò)減速最后變?yōu)榱?。如果折線段長(zhǎng)度很短，則過(guò)渡過(guò)程在切割過(guò)程中所占比例很大。如果激光器輸出功率不變，當(dāng)掃描速度變小時(shí)，激光頭在特定距離內(nèi)停留時(shí)間延長(zhǎng)，成形紙吸收能量增加，激光熱影響區(qū)擴(kuò)大，使切口變寬，尺寸精度降低。當(dāng)掃描速度變大時(shí)，激光頭在特定距離內(nèi)停留時(shí)間縮短，激光能量難以進(jìn)行切割。因此在LOM成形中，激光功率與掃描速度的匹配至關(guān)重要，激光輸出能量穩(wěn)定且能夠隨掃描速度變化具有重要意義。

23、分層實(shí)體制造的成型效率影響分層實(shí)體制造效率的因素很多，在實(shí)際生產(chǎn)中，可以從設(shè)備、工藝、控制各個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化和完善，以達(dá)到提高成型效率的目的。 將加工平面分為不同加工區(qū)域進(jìn)行并行加工，控制系統(tǒng)同時(shí)驅(qū)動(dòng)多套掃描系統(tǒng)進(jìn)行快速成型，可以顯著提高成型效率。例如將一個(gè)矩形區(qū)域分割為兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行并行加工，成型效率可以提高40% 在普通LOM工藝中，激光掃描切割后工作臺(tái)下降實(shí)現(xiàn)剩余紙與成型件的分離，這種方法的脫紙效率很低。通過(guò)分析脫紙工藝可知，脫紙操作的實(shí)質(zhì)是使切割邊框與工作臺(tái)相對(duì)運(yùn)動(dòng)保持定距離?；谶@原則利用涂敷紙上升實(shí)現(xiàn)脫紙，縮短成形周期的30%。 在普通LOM工藝中，各工藝階段為順序排列，即每一個(gè)工藝過(guò)

24、程結(jié)束后，再開(kāi)始下一個(gè)過(guò)程。通過(guò)對(duì)工藝的分析，結(jié)合控制系統(tǒng)的硬件特性以及對(duì)多個(gè)過(guò)程的并行控制，對(duì)部分進(jìn)程疊加進(jìn)行，可以縮短成形周期。通過(guò)對(duì)掃描機(jī)構(gòu)慣性問(wèn)題的分析以及掃描速度與激光功率實(shí)時(shí)匹配問(wèn)題的研究，提高激光掃描加工速度，進(jìn)而提高成型效率。通過(guò)研究開(kāi)發(fā)適合大型原型成形的熱壓系統(tǒng)，提高熱壓工藝的傳熱效率和熱壓速度，可以實(shí)現(xiàn)總體效率的提高。網(wǎng)格處理注意項(xiàng)成型后的模型完全埋在廢料中，需要將廢料劃分成碎塊才能與零件分離，因此需要在成型過(guò)程中對(duì)每一個(gè)加工層面用激光將廢料部分劃分成網(wǎng)格，在高度方向上廢料網(wǎng)格保持位置和大小一致，加工完成后廢料就成為可以分離的小碎塊。網(wǎng)格的劃分方式直接影響模型的加工效率和廢

25、料的可剝離性，過(guò)密的網(wǎng)格雖然容易廢料剝離，但是加工切割網(wǎng)格花費(fèi)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，稀疏的網(wǎng)格導(dǎo)致廢料很難剝離，甚至損壞制件細(xì)節(jié)。圖5 -22所示為廢料的清理過(guò)程。 從廢料剝離的角度來(lái)說(shuō)，網(wǎng)格劃分應(yīng)該滿足以下要求： 網(wǎng)格層間一致。只有網(wǎng)格線在層與層之間的位置和間距一致，才能保證形成有效的切口，廢料才能被劃分成碎塊。 對(duì)制件的凹洞等部分，需要根據(jù)凹洞的窄小程度，劃分致密網(wǎng)格，否則凹洞將難以掏空。 尖角、薄壁等制件的細(xì)小部分位置附近，要專門劃分網(wǎng)格，否則剝離廢料時(shí)會(huì)損傷工件。 如果制件在加工方向上有突變，則需要在突變處劃分致密的細(xì)網(wǎng)格，否則廢料會(huì)和制件粘連在一起。在此基礎(chǔ)上，更多的網(wǎng)格不會(huì)顯著提高廢料的可剝

26、離性，反而會(huì)導(dǎo)致廢料碎塊太小而延長(zhǎng)剝離時(shí)間，激光切割時(shí)間大大延長(zhǎng)，降低成型效率?？招谐虄?yōu)化x、y軸通過(guò)滾軸絲杠傳動(dòng)，因此機(jī)械慣性大，加工速度低。在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，輪廓和網(wǎng)格線的切割時(shí)間受制于設(shè)備性能，不可能提高，所以減少空行程就顯得特別重要?？招谐淌侵讣す忸^從一個(gè)輪廓環(huán)移動(dòng)到另一個(gè)廓環(huán)，或者從一個(gè)網(wǎng)格線移動(dòng)到另一個(gè)網(wǎng)格線的過(guò)程，在此期間激光不開(kāi)啟?？招谐痰倪\(yùn)行時(shí)間直接依賴于軟件設(shè)置的加工順序，通過(guò)對(duì)路徑進(jìn)行優(yōu)化可以顯著減少空行程時(shí)間，對(duì)網(wǎng)格線的加工也可以進(jìn)行類似優(yōu)化。對(duì)輪廊和網(wǎng)格的路徑與加工順序進(jìn)行優(yōu)化能顯著提高LOM的加工速度。圖5-23所示的實(shí)線表示輪廓環(huán)，黑點(diǎn)為環(huán)加工起點(diǎn)，虛線表示空行程

27、。路徑優(yōu)化后的空行程時(shí)間顯然要少得多。分層實(shí)體制造工藝的應(yīng)用示例 1、汽車車燈隨著汽車制造業(yè)的迅猛發(fā)展，車型更新?lián)Q代的周期不斷縮短，導(dǎo)致對(duì)與整車配套的各主要部件的設(shè)計(jì)也提出了更高要求。其中，汽車車燈組件的設(shè)計(jì)，要求在內(nèi)部結(jié)構(gòu)滿足裝配和使用要求外，其外觀的設(shè)計(jì)也必須達(dá)到與車體外形的完美統(tǒng)一。車燈設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的專業(yè)廠家傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)手段受到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)?？焖俪尚图夹g(shù)的出現(xiàn)，較好地迎合了車燈結(jié)構(gòu)與外觀開(kāi)發(fā)的需求。下面為某車燈配件公司為國(guó)內(nèi)某大型汽車制造廠開(kāi)發(fā)的某型號(hào)轎車車燈LOM原型，通過(guò)與整車的裝配檢驗(yàn)和評(píng)估，顯著提高了該組車燈的開(kāi)發(fā)效率和成功率。 轎車后組合燈轎車前照燈2、鑄鐵手柄 某機(jī)床操作手柄為鑄

28、鐵件，人工方式制作砂型鑄造用的木模十分費(fèi)時(shí)困難，而且精度得不到保證。隨著CADCAM技術(shù)的發(fā)展和普及，具有復(fù)雜曲面形狀的手柄的設(shè)計(jì)直接在CAD/CAM軟件平臺(tái)上完成，借助快速成型技術(shù)尤其是疊層實(shí)體制造技術(shù)，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(zhì)量。下圖為鑄鐵手柄的CAD模型和LOM原型。 CAD模型LOM原型3、LOM原型在制鞋業(yè)中的應(yīng)用 當(dāng)前國(guó)際上制鞋業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，而美國(guó)Wolverine World Wide 公司無(wú)論在國(guó)際還是美國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)都一直保持著旺盛的銷售勢(shì)頭，該公司鞋類產(chǎn)品的款式一直保持著

29、快速的更新，時(shí)時(shí)能夠?yàn)轭櫩吞峁└哔|(zhì)量的產(chǎn)品，而使用PowerSHAPE軟件和Helysis公司的LOM快速原型加工技術(shù)是Wolverine World Wide 公司成功的關(guān)鍵。 Wolverine 的設(shè)計(jì)師們首先設(shè)計(jì)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(zhì)的圖像顯示使得在開(kāi)發(fā)過(guò)程中能及早地排除任何看起來(lái)不好的裝飾和設(shè)計(jì)。 即使前期的設(shè)計(jì)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(shí)物模型。鞋底和鞋跟的LOM模型非常精巧，但其外觀是木質(zhì)的，為使模型看起來(lái)更真實(shí)，可在LOM表面噴涂產(chǎn)生不同材質(zhì)效果。 每一種鞋底配上適當(dāng)?shù)男婧笊?/p>

30、產(chǎn)若干雙樣品，放到主要的零售店展示，以收集顧客的意見(jiàn)。根據(jù)顧客所反饋的意見(jiàn)，計(jì)算機(jī)能快速地修改模型，根據(jù)需要，可再產(chǎn)生相應(yīng)的LOM模型和式樣。 分層實(shí)體制造產(chǎn)品分層實(shí)體制造的發(fā)展 LOMLOM技術(shù)是一種具有廣泛應(yīng)用前景的、技術(shù)是一種具有廣泛應(yīng)用前景的、正在不斷完善的高新技術(shù)，已經(jīng)在產(chǎn)品正在不斷完善的高新技術(shù)，已經(jīng)在產(chǎn)品設(shè)汁與制造方面發(fā)揮重要作用。隨著市設(shè)汁與制造方面發(fā)揮重要作用。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，該技術(shù)將會(huì)被越來(lái)場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，該技術(shù)將會(huì)被越來(lái)越多的企業(yè)采用，對(duì)企業(yè)的發(fā)展將發(fā)揮越多的企業(yè)采用，對(duì)企業(yè)的發(fā)展將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，并將給企業(yè)帶來(lái)巨越來(lái)越重要的作用，并將給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，LOMLOM技術(shù)作為多技術(shù)作為多學(xué)科交叉的專業(yè)技術(shù)，其本身的發(fā)展也學(xué)科交叉的專業(yè)技術(shù)，其本身的發(fā)展也將推動(dòng)相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。將推動(dòng)相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)