典型RP:第3章 叠层实体快速成型(LOM)工艺

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4 为提高成形效率,在保证易剥离废料的前提下,应尽可能减小网格线长度, 可以根据不同的零件形状来设定。
5 热湿变形控制:采用新的材料和新的涂胶方法;改进后处理方法;根据制件 的热变形规律预先对CAD模型进行反变形修正;原型制作后的处理措施:加压 下冷却叠层块;充分冷却后剥离;及时进行表面处理。
3.4 提高叠层实体成型制作质量的措施
图3-19 新工艺方法中叠层建造步骤
3.7 LOM成型技术的应用及举例
LOM在精细产品和塑料件等方面不及SLA具有优势,但在比较厚
重的结构件模型、实物外观模型、砂型铸造、快速模具母模、制 鞋业等方面,其应用具有独特的优越性,尤其是LOM技术制成的 制件具有很好的切削加工和粘接性能。
❖ 1.产品模型的制作
新加坡KINERGY公司的纸材
美国Cubic Technologies 公司的薄材
3.2 叠层实体快速成型的材料和设备 2. 叠层实体快速成型制造设备
图3-3 Helisys公司的LOM-2030机型
图3-4 Solidimension 公司开发的SD 300 叠层打印机
3.2 叠层实体快速成型的材料和设备
第3章 叠层实体快速成型工艺
1 叠层实体制造工艺的基本原理和特点 2 叠层实体快速成型的材料与设备 3 叠层实体快速成型的工艺过程 4 提高叠层实体成型制作质量的措施 5 叠层实体制造工艺后置处理中的表面涂覆 6 新型叠层实体快速成型工艺方法
3.1 叠层实体快速成型工艺的基本原理和特点
1.叠层实体快速成型工艺的基本原理
图3-5 SD300 叠层打印机耗材配件及制作的模型
3.2 叠层实体快速成型的材料和设备
图3-6 HRP系列薄材叠层快速成型机
第3章 叠层实体快速成型工艺
1 叠层实体制造工艺的基本原理和特点 2 叠层实体快速成型的材料与设备 3 叠层实体快速成型的工艺过程 4 提高叠层实体快速成型制作质量的措施 5 叠层实体制造工艺后置处理中的表面涂覆 6 新型叠层实体快速成型工艺方法
薄层材料:纸、塑料薄膜、金属箔等
粘结剂:热熔胶 制备工艺:涂布工艺
纸的性能要求:
1)抗湿性 2)良好的浸润性 3)抗拉强度 4)收缩率小 5)剥离性能好 6)易打磨,表面光滑 7)稳定性
3.2 叠层实体快速成型的材料和设备
热熔胶:
1)良好的热熔冷固性(约70~100℃开始熔化,室温下固化)。 2)在反复“熔融-固化”条件下,具有较好的物理化学稳定性。 3)熔融状态下与纸具有较好的涂挂性和涂匀性。 4)与纸具有足够粘结强度。 5)良好的废料分离性能。
3.3 叠层实体快速成型的工艺过程
前 处 STL文件

切片处理

设置工艺参数


激光 加热 切片 切碎 切割 辊温 软件 网格

速度 度 精度 尺寸
基底制作
原型制作
后 处 余料去除 理
表面质量处理
提高强硬度处理
第3章 叠层实体快速成型工艺
1 叠层实体制造工艺的基本原理和特点 2 叠层实体快速成型的材料与设备 3 叠层实体快速成型的工艺过程 4 提高叠层实体快速成型制作质量的措施 5 叠层实体制造工艺后置处理中的表面涂覆 6 新型叠层实体快速成型工艺方法
3.6 新型叠层实体快速成型工艺方法
传统的叠层实体快速成型工艺后处理时余料去除的工作量是比较繁重和费 时的,尤其是对于内孔结构和内部型腔结构,其余料的去除是超常的困难, 有时甚至是难以实现。 (1)Offset Fabrication 叠层实体快速成型工艺方法原理
Ennex公司提出了一种新型叠层实体快速成型工艺方法,称为“Offset Fabrication” 方法。该方法使用的薄层材料为双层结构,如图3-17a所示。上面一层为制作原 型的叠层材料,下面的薄层材料是衬材。双层薄材在叠层之前进行轮廓切割,将 叠层材料层按照当前叠层的轮廓进行切割,然后进行粘接堆积,如图3-17b所示。 粘接后,衬层材料与叠层材料分离,带走当前叠层的余料。
(3 借助真空注塑制造硅橡胶模具,试制少量的新产品。
运用 LOM 快速原型系统所制作薄壳件 LOM 快速原型件(左)与铸造成品(右)
图3-17 Offset Fabrication 叠层实体快速成型工艺方法原理
(2)Offset Fabrication 法的缺陷
图3-18 Offset Fabrication 法存在的问题 当当前叠层的去除面积大于保留的叠层面积时,余料经常会滞留在当前叠层上。 比如,成型图3-18a所示的灰色叠层,进行了图b轮廓切割,然后按照图c粘接在一 起。当衬层材料移开时,却未能像预期的如图d所示的情况带走余料,而是像如图e 一样,所有的叠层材料全部粘结在前一叠层上了。
CAD STL 精度:0.08 切片软件精度:0.08
CAD STL 精度:0.08 切片软件精度:0.01
CAD STL 精度:0.08 切片软件精度:2 .00
2. 提高叠层实体原型制作精度的措施
3 模型的成型方向对工件品质(尺寸精度、表面粗糙度、强度等)、材料成本
和制作时间产生很大的影响。应该将精度要求较高的轮廓(例如,有较高配合 精度要求的圆柱、圆孔),尽可能放置在X-Y平面。
(4)再次涂覆同样的混合后的环氧树脂材料以填充表面的沟痕并长时 间固化,如图所示:
(5)对表面已经涂覆了坚硬的环氧树脂材料的原型再次用砂纸进行打 磨,打磨之前和打磨过程中应注意测量原型的尺寸,以确保原型尺寸在 要求的公差范围之内;
(6)对原型表面进行抛光,达到无划痕的表面质量之后进行透明涂层 的喷涂,以增加表面的外观效果,如图所示。
2.叠层实体快速成型技术的特点
优点: ◎原材料价格便宜,原型制作成本低
◎制件尺寸大
◎无须后固化处理 ◎无须设计和制作支撑结构 ◎废料易剥离
◎热物性与机械性能好,可实现切削加工 ◎精度高
◎设备可靠性好,寿命长
◎操作方便
缺点: ◎不能直接制作塑料工件
◎工件易吸湿膨胀
◎工件的抗拉强度和弹性不够好 ◎工件表面有台阶纹,需打磨
图3-1 叠层实体制造技术的原理简图
由计算机、材料存储及送进机构、 热粘压机构、激光切割系统、可升 降工作台和数控系统和机架等组成。 首先在工作台上制作基底,工作台 下降,送纸滚筒送进一个步距的纸 材,工作台回升,热压滚筒滚压背 面涂有热熔胶的纸材,将当前迭层 与原来制作好的迭层或基底粘贴在 一起,切片软件根据模型当前层面 的轮廓控制激光器进行层面切割, 逐层制作,当全部迭层制作完毕后, 再将多余废料去除。
(1) 采用LOM技术制件与转移涂料技术,制作铸件和铸造 用金属模具。
(2) 采用LOM技术制作铸造用消失模。 (3)可制造石蜡件的蜡模、融模精密铸造中的消失模。
❖ 2.快速模具的制作
(1) 可直接制作纸质功能制件,用于新产品开发中工业造 型的结构设计验证及外观评价。
(2) 利用材料的粘接性能,可制作尺寸较大的制件,也可 制作复杂的薄壁件。
3.5 叠层实体制造工艺后处理中的表面涂覆
通过上述表面涂覆处理后,原型的强度和耐热防湿性能得到了显著提 高,将处理完毕的原型浸入水中,进行尺寸稳定性的检测,实验结果 如图所示:
第3章 叠层实体快速成型工艺
1 叠层实体制造工艺的基本原理和特点 2 叠层实体快速成型的材料与设备 3 叠层实体快速成型的工艺过程 4 提高叠层实体快速成型制作质量的措施 5 叠层实体制造工艺后置处理中的表面涂覆 6 新型叠层实体快速成型工艺方法
原型的吸湿性及涂漆防湿效果试验:
第3章 叠层实体快速成型工艺
1 叠层实体制造工艺的基本原理和特点 2 叠层实体快速成型的材料与设备 3 叠层实体快速成型的工艺过程 4 提高叠层实体快速成型制作质量的措施 5 叠层实体制造工艺后置处理中的表面涂覆 6 新型叠层实体快速成型工艺方法
3.5 叠层实体制造工艺后处理中的表面涂覆
第3章 叠层实体快速成型工艺
1 叠层实体制造工艺的基本原理和特点 2 叠层实体快速成型的材料与设备 3 叠层实体快速成型的工艺过程 4 提高叠层实体快速成型制作质量的措施 5 叠层实体制造工艺后置处理中的表面涂覆 6 新型叠层实体快速成型工艺方法
3.2 叠层实体快速成型的材料和设备
1.叠层实体快速成型材料
快速成型与快速模具制造技术 及其应用
第3章 叠层实体快速成型工艺
叠层实体制造技术(Laminated Object Manufacturing, LOM),又称分层实体制造、薄形材料选择性切割等,是几种最
成熟的快速成型制造技术之一。这种制造方法和设备自1991年问 世以来,得到迅速发展。由于叠层实体制造技术多使用纸材,成 本低廉,制件精度高,而且制造出来的木质原型具有外在的美感 性和一些特殊的品质,因此受到了较为广泛的关注,在产品概念 设计可视化、造型设计评估、装配检验、熔模铸造型芯、砂型铸 造木模、快速制模母模以及直接制模等方面得到了迅速应用。
3.4 提高叠层实体成型制作质量的措施
1. 叠层实体原型制作误差分析
CAD模型STL文件输出造成的误差
弦差
切片软件STL文件输入设置造成的误差
成型 过程 不一致的约束 误差
成型功率控制不当
切碎网格尺寸
工艺参数不稳定
设备 精度 激光头的运动定位精度 X、Y轴系导轨垂直度,Z轴与工作台面垂直度 误差
成型之后 环境变化 热变形 引起误差
湿变形
Leabharlann Baidu
2. 提高叠层实体原型制作精度的措施
1 在进行STL转换时,可以根据零件形状的不同复杂程度来定。在保证
成形件形状完整平滑的前提下,尽量避免过高的精度。不同的CAD软件 所用的精度范围也不一样。
2 STL文件输出精度的取值应与相对应的原型制作设备上切片软件的
精度相匹配。过大会使切割速度严重减慢,过小会引起轮廓切割的严重 失真。
3.5 叠层实体制造工艺后处理中的表面涂覆
2. 表面涂覆的工艺过程
(1)将剥离后的原型表面用砂纸轻轻打磨,如图所示:
(2)按规定比例配备涂覆材料(如双组份环氧树脂的重量比:100份 TCC-630配20份TCC-115N硬化剂),并混合均匀;
(3)在原型上涂刷一薄层混合后的材料,因材料的粘度较低,材料会很容 易浸入纸基的原型中,浸入的深度可以达到1.2~1.5mm;
涂布工艺:
涂布工艺有涂布形状和涂布厚度两个方面。 涂布形状指的是采用均匀式涂布还是非均匀涂布,非均匀涂布又有 多种形状。均匀式涂布采用狭缝式刮板进行涂布,非均匀涂布有条纹式 和颗粒式。一般来讲,非均匀涂布可以减小应力集中,但涂布设备比较 贵。涂布厚度指的是在纸材上涂多厚的胶,选择涂布厚度的原则是在保 证可靠粘接的情况下,尽可能涂的薄,以减少变形、溢胶和错移。
(3)Inhaeng Cho 新型叠层实体快速成型法
针对“Offset Fabrication”方法存在的上述问题,Inhaeng Cho提出了另外一种新 的叠层实体快速原型工艺方法。Inhaeng Cho提出的新工艺仍然采用双层薄材, 只是衬层材料只起粘结作用,而叠层材料被切割两次。首先切割内孔或内腔的 内轮廓,之后,内孔或内腔的余料在衬层与叠层分离时被衬层粘结带走,然后 被去除内孔或内腔余料的叠层材料继续送进进行与原来制作好的叠层实现粘结, 之后,进行第二次切割,切割其余轮廓。该方法建造过程的原理如图所示。整 个过程分为如下6步:
1.表面涂覆的必要性
LOM原型经过余料去除后,为了提高原型的性能和便于表面打磨,经常 需要对原型进行表面涂覆处理,表面涂覆的好处有:
(1)提高强度; (2)提高耐热性; (3)改进抗湿性; (4)延长原型的寿命; (5)易于表面打磨等处理; (6)经涂覆处理后,原型可更好地用于装配和功能检验。
纸材的最显著缺点是对湿度极其敏感,LOM原型吸湿后叠层方向尺寸增 长,严重时叠层会相互之间脱离。为避免因吸湿而引起的这些后果,在 原型剥离后短期内应迅速进行密封处理。表面涂覆可以实现良好的密封, 而且同时可以提高原型的强度和抗热抗湿性。
3.1 叠层实体快速成型工艺的基本原理和特点
图3-2 截面轮廓及网格废料
在叠层实体快速成型机上,截面轮廓被切割和叠合后所成的制品 如图所示。其中,所需的工件被废料小方格包围,剔除这些小方 格之后,便可得到三维工件。
LOM原型件制作完成后拆解原型件的具体步骤
3.1 叠层实体快速成型工艺的基本原理和特点
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