3D打印LOM 层叠实体制造：没落中的3D打印技术

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今天带给大家的技术是LOM层叠实体制造，这种技术并不广为周知。该技术最早由美国人研制成功，后来由于技术合作被引进中国。目前，南京某公司是全球唯一拥有该技术核心专利的公司，具备全球范围的垄断性权利。层叠实体制造也成为众多3d打印技术中唯一由中国企业掌握的关键技术。

但也正是由于该技术由一家公司完全掌握，以及该技术本身的缺陷，致使采用该技术的行业相对较少。因此很多人说它是一种没落的3D打印技术。今天就为你详细带来LOM技术的分享。


01
LOM技术原理

1976年，Paul L Dimatteo在他的专利中提出：利用轮廓跟踪器，将三维物体转换成许多的二维薄片，然后用激光切割这些薄片，再利用螺钉、销钉等将这一系列的薄片连接成三维物体。该设想便是LOM技术的雏形。


DiMatteo(1974)利用分层堆叠技术设计的模具

层叠实体制造（Laminated Object Manufacturing, LOM），又称分层实体制造技术，最早由Michael Feygin于1984年提出关于LOM的设想，并于1985年组建了Helisys公司（后为Cubic Technologies公司），后来在1990年推出第一台商业机LOM-1015，成功将该技术商业化。LOM技术是当前世界范围内几种最成熟的快速成型制造技术之一，主要以片材（如纸片、塑料薄膜或复合材料）作为原材料。一些改进型的LOM 3D打印机能够打印出媲美二维印刷的色彩，因此受到了人们的关注。

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发明LOM技术的Michael Feygin


第一台LOM设备LOM-1015

LOM技术的成形原理如下图所示。激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据，将背面涂有热熔胶的片材进行切割。切割完一层后，送料机构将新的一层片材叠加上去，利用热粘压装置将已切割层粘合在一起，然后再次重复进行切割。通过逐层地黏合、切割，最终制成三维物件。目前，可供LOM设备打印的材料包括纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜等。


LOM分层实体制造技术原理图（图片来源：南极熊）


LOM打印动画演示（来源：youtube.com）

我们不难发现，LOM工艺其实还是具有传统切削工艺的影子。但只不过它不是用大块原材料进行切割，而是将原来的零部件模型分割成多层，然后进行逐层切割。需要注意的是，尽管LOM工艺支持多种材料，但市面上大多使用纸张作为其原材料，因此在打印完成后都需要使用砂纸进行磨光，并用密封漆来进行防潮处理，否则打印物件容易受到水分渗透影响。


采用LOM工艺打印的纸质物品（图片来源：南极熊）


02
LOM优势和技术限制

目前LOM技术能成熟使用的材料相比FDM设备要少很多，最为成熟和常用的材料是涂有热敏胶的纤维纸。由于原材料的限制，导致打印出的最终产品在性能上仅相当于高级木材，一定程度上限制了该技术的推广和应用。普遍来说，LOM打印技术的优点主要有以下几个方面。

成型速度较快。由于LOM无需打印整个切面，只需要使用激光束将物体轮廓切割出来，所以成型速度较快，常用于加工内部结构简单的大型物件；
成本低。因为没有涉及化学反应，所以可以满足大型物件的制作；
不存在收缩和翘曲变形，无须设计和构建支撑结构。
精度较高。制件在Z方向的精度可达0.2～0.3 mm，X和Y方向的精度可达0.1～0.2 mm。

LOM的缺点也非常显著，主要体现在：

受原材料限制，成型件的抗拉强度和弹性较差；
不能制造中空结构件。难以构建精细形状的物件，仅限于结构简单的物件；
后处理工艺繁琐。原型易吸湿膨胀，需进行防潮等处理流程；
Z轴精度受材质层厚决定，难以直接构建精细的物件。
需要专门的实验室环境，且维护费用高昂。


03
LOM技术应用

由于LOM技术本身的缺陷，致使采用该技术的产品较少，应用的行业也比较狭窄。目前多用于以下几个领域：

直接制作纸质或薄膜等材质的功能制件，用在新产品开发中的外观评价、结构设计验证。
通过真空注塑机制造硅橡胶模具，试制少量新产品。
快速制模，包括铸造用金属模具、铸造用消失模、石蜡件的蜡模等。


运用LOM工艺制作的汽车车灯原型（图片来源：华中科技大学）


运用LOM工艺制造的汽车模型（图片来源：南极熊）


灰铁铸件以及LOM技术制成的原型


利用LOM技术制成的地形图模型（图片来源：3ders.com）


利用LOM技术制成的人像模型（图片来源：3ders.com）

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利用LOM技术制成的彩色模型（图片来源：互联网）

植物分割线

当前3D打印市场FDM、SLA、SLM等打印技术占据主流，很多人说LOM技术是一种逐渐被淘汰的技术。然而有一次研发LOM技术的负责人告诉小熊：让市场去检验，存在就有其价值。对此，你怎么看呢？
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