分层实体制造技术的发展教（学）案应用

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1、........分层实体制造（LOM）技术的发展与应用摘要：分层实体制造技术是快速成型技术之一。该技术属于先进制造技术，它以CAD/CAM技术、数控技术、材料科学等为基础，能够以较快的速度将计算机实体模型转化为具有一定结构功能的产品原型，或直接制造出零件。本文论述了分层实体制造（LOM）技术的原理，并说明了它的国内外研究现状及其应用。关键词：分层实体制造；快速成型；原理；研究现状；应用1.引言人类社会已经进入21世纪，传统的制造业也面临着新的挑战和机遇。一方面，世界经济全球化，企业面临着来自全球市场

2、的激烈竞争，必须快速创造和把握商机而求生存，产品的市场响应速度成为企业战略的第一要素。另一方面，消费者需求日益个性化、多元化和主体化，消费者兴趣的短时效性显著，企业需要的是以小批量甚至单件生产、高精度、多品种及产品几何形状复杂、不增加成本的柔性生产模式，用以代替传统的大量生产模式。因此，快速灵活地响应市场需求已是制造业发展的重要走向。与此同时，制造业作为国民经济重要支柱，其制造技术水平的高低也体现和决定了一个国家的综合科技水平，必须不遗余力地开发各种先进制造技术，提高制造工业的发展水平，增强国际市场

3、竞争能力。以计算机、微电子、激光、自动化、信息、新材料等为代表的各种高新技术的普及应用，为各种新的制造技术和制造模式的层出不穷并不断发展奠定了坚实的基础。快速原型制造技术（RapidPrototyping&Manufacturing，简称RPM），正是在这一背景下产生的，它综合了上述各种高新技术最新发展，被广泛用于.专业学习资料.........制作产品原型和模具，能自动、快速、精确地将设计思想转变成一定功能的产品原型或直接制造零件，给制造业带来了加工方式上的根本上的变化，对缩短产品开发周期、减少产

4、品开发费用，提高企业竞争力有重要作用。RPM技术发展初期，大都采用树脂、ABS、尼龙、纸、陶瓷粉末等材料制造原型零件用于产品设计评估、功能实验及快速开发等。随着其应用领域逐渐地扩大到汽车、机械工程等行业，上述材料已经不能满足功能原型或功能零件在机械、力学等性能方面的要求，因此必须采用金属为造型材料制造可以直接投入使用的最终用途零件，这也是当今RP/M技术的研究热点[1~4]。金属基陶瓷粉末、金属复合材料粉末、金属板材、锡箔等都可以用来做造型材料，其中利用金属板材作造型材料的分层实体制造（LOM）是一

5、个实现金属功能零件快速制造的有效方法，具有广阔的应用前景。1.分层实体制造分层实体制造的工作原理是（参见图1）：首先将涂有热熔胶的纸通过热压辊的碾压作用与前一层纸粘结在一起，然后让激光束按照对CAD模型分层处理后获得的截面轮廓数据对当前层的纸进行截面轮廓扫描切割，切割出截面的对应轮廓，并对当前层的非截面轮廓部分切割成网格状，然后使工作台下降，再将新的一层纸铺在前一层的上面，再通过热压辊碾压，使当前层的纸与下面已切割的层粘接在一起，再次由激光束进行扫描切割。如此反复，直到切割出所有各层的轮廓。分层实体

6、制造中，不属于截面轮廓的纸片以网格状保留在原处，起着支撑和固化的作用[5,6]。.专业学习资料.........分层实体制造工艺的主要特点为：（1）成型速率较高。由于该工艺不需要激光束扫描整个模型截面，只需切割出内外轮廓等，所以加工时间主要取决于零件的尺寸及其复杂程度，（2）不需要进行支撑设计，所以前期处理的工作量小。分层实体制造工艺的缺点是：（1）由于其工艺特点所致，因此制造出的原型在各方向的机械性能有显著的不同，（2）完成加工后，还需要手工清除无用的碎块，较为费时费工，（3）由于原材料的原因，所

7、以应用范围受到一定的影响。图1LOM技术工作原理图Fig.1WorkingprinciplediagramofLOMtechnique1.LOM成型机成型流程剖析图1介绍了LOM成型机的工作原理。为设计LOM成型机，需要进一步了解LOM成型机的成型流程。图2所示为LOM工艺的成型流程[6,7]。.专业学习资料.........图2LOM工艺的成型流程Fig.1ShapingprocessofLOMtechnique在如图2所示中，CAD模型的形成与一般的CAD造型过程没有区别，其作用是进行零件的三维

8、几何造型。许多具有三维造型功能的软件，如Pro/E、AutoCAD、UG、CATIA等均可以完成这样的任务。利用这些软件对零件造型后，还能够将零件的实体造型转化成易于对其进行分层处理的三角面片造型格式，即STL格式。模型Z向离散（分层）是一个切片的过程，它将STL文件格式的CAD模型，根据有利于零件堆积制造而优选的特殊方位，横截成一系列具有一定厚度的薄层，得到每一切层的内外轮廓等几何信息。层面信息处理就是根据经过分层处理后得到的层面几何信息，通过层面内外轮廓识别及料区