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揭秘分层实体制造技术——一种小众的3D打印技术

国际金属加工网 2023年08月07日

基于逐层堆积的理念,有许多不同的制造技术事实上可以被归到增材制造的范畴。尽管FDM和 SLA等常见技术在业界广为人知,但也有着一些更为小众的技术。以分层实体制造 (LOM)为例,这是一种独特的快速原型制作工艺,结合了增材和减材元素,使其成为3D 打印领域的特立独行者。

LOM 的历史可以追溯到 1991 年的发展,当时一家名为 Helisys 的公司推出了分层实体制造,这是一种将材料片层熔合在一起的过程,并使用数字引导激光切割出所需的物体。后来,在 2003 年,康纳·麦考马克(Conor MacCormack) 和芬坦·麦考马克(Fintan MacCormack) 兄弟开发了一款新版设备。他们使用标准办公用纸和喷墨打印机来打印设计,逐渐一层一层地构建物体。然后,他们用钨刀片切掉多余的纸张,露出最终的设计。

△已停产的 Helisys LOM-2030 快速原型建模机,建于 1997 年

(照片来源:KJ Auktion)

麦科马克兄弟通过他们的公司 McCor Technologies 将他们的创新带入商业领域。他们通过引入 CMYK 彩色印刷来继续改进流程,以创建适合促销或视觉原型制作的更具活力的对象。这种新方法被称为选择性沉积层压 (SDL),它包括在选择性粘合和切割纸张之前对纸张进行彩色打印。粘合剂仅涂在与设计相对应的区域,从而更容易从废料中切割出最终物体。但此后它是如何继续发展的呢?什么时候使用?为了更好地理解这个有趣的过程,我们在后续的内容中仔细研究了分层实体制造。

分层实体制造如何工作?

与大多数逐层构建物体的 3D 打印技术不同,分层实体制造 (LOM) 采用独特的方法。如上所述,该过程涉及使用激光切割机切掉材料的部分并逐渐露出最终形状。该工艺结合了增材制造和减材制造技术。

最初,LOM 涉及使用粘合剂物质将材料层粘合在一起的增材工艺。这些层小心地相互堆叠,形成一个坚固的块。一旦模块组装完毕,减材部件就开始发挥作用,高精度激光切割机会从每一层精心雕刻出所需的形状和轮廓。这种细致的激光切割可确保每一层都具有复杂的形状,与其上方和下方的层完美契合,从而形成具有紧密融合层的 3D 物体。LOM 中加法和减法步骤的融合能够生产坚固、复杂且形状精确的物体,使其成为跨行业各种应用的一种有前途的技术。

△LOM 工艺涉及使用激光切割逐层粘合和切割成材料片

(照片来源:ManufacturerGuide Scotland AB)

LOM 的多功能性延伸至其处理各种材料的能力,包括纸张、金属、塑料和复合材料。纸张是最受欢迎的原料,层压后具有类似木材的特性,但它也可以与硬固性树脂结合以增强刚性。可以使用金属和塑料等其他材料,但它们可能会带来一些挑战并且需要额外的考虑。

此外,LOM的应用范围广泛,从各种形状和尺寸的快速原型制作到制作全彩营销道具和建筑模型。该技术特别适合在办公环境中寻求内部原型设计解决方案的公司。此外,LOM 可用于为砂型铸造或熔模铸造工艺创建牺牲模型,从而可以生产复杂的形状和设计。

△分层实体制造的物体(照片来源:MKS Technologies Pvt Ltd)

LOM技术的优点和缺点

与任何技术一样,LOM 也有其优点和缺点。从积极的一面来看,LOM 是一种具有成本效益的方法,它采用相对便宜的材料,例如纸或塑料片。它因其生产更大物体的能力而脱颖而出,使其适合创建具有大尺寸的原型和模型。由于各层之间的牢固结合,所得物体表现出良好的结构完整性,使其成为功能测试和设计验证的理想选择。LOM 的施工过程最大限度地减少了对复杂支撑结构的需求,从而减少了额外支撑材料的使用和后处理工作。LOM 还可以在物体的暴露侧实现更光滑的表面光洁度,从而减少大量精加工工作的必要性。

相反,分层实体制造也有其相当多的缺点。该技术仅限于一系列材料,例如纸张、塑料或复合材料,可能不适合某些高性能应用。生产速度可能相对较慢,特别是对于复杂的设计,这可能会妨碍时间敏感的项目。该过程的性质还会导致物体表面出现可见的接缝或层线,这会影响其整体美观。这可能会导致 LOM 无法达到与其他一些 3D 打印方法相同的精细细节和精度水平,这可能会限制需要复杂性的项目。另一个问题是切割过程中会产生废料,这些废料可能不易回收,并容易引发环境问题。

虽然 LOM 可能无法一刀切地替代其他3D 打印技术,但对于某些应用来说,它仍然是一种引人注目的选择。其成本效益、环保特性以及制作视觉原型的能力使其成为快速原型制作的有吸引力的选择。然而,想要投资第一台 3D 打印机的公司应仔细评估其具体需求,并考虑硬件可用性和 LOM 领域内的用户支持等因素。

总之,分层实体制造在增材制造领域占有一席之地。凭借增材和减材工艺的独特组合、经济性以及使用纸张作为原料,LOM 仍然是快速原型制作和某些建模需求的一个有趣的选择。随着技术的不断进步,与 LOM相关的增材制造技术,例如超声波固结(一种金属低温 3D 打印技术),有可能成为现代制造中更强大的工具。

(南极熊3D打印)

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