揭秘分層實體制造技術(shù)——一種小眾的3D打印技術(shù)

基于逐層堆積的理念，有許多不同的制造技術(shù)事實上可以被歸到增材制造的范疇。盡管FDM和 SLA等常見技術(shù)在業(yè)界廣為人知，但也有著一些更為小眾的技術(shù)。以分層實體制造 (LOM)為例，這是一種獨特的快速原型制作工藝，結(jié)合了增材和減材元素，使其成為3D 打印領(lǐng)域的特立獨行者。

LOM 的歷史可以追溯到 1991 年的發(fā)展，當(dāng)時一家名為 Helisys 的公司推出了分層實體制造，這是一種將材料片層熔合在一起的過程，并使用數(shù)字引導(dǎo)激光切割出所需的物體。后來，在 2003 年，康納·麥考馬克(Conor MacCormack) 和芬坦·麥考馬克(Fintan MacCormack) 兄弟開發(fā)了一款新版設(shè)備。他們使用標準辦公用紙和噴墨打印機來打印設(shè)計，逐漸一層一層地構(gòu)建物體。然后，他們用鎢刀片切掉多余的紙張，露出最終的設(shè)計。

△已停產(chǎn)的 Helisys LOM-2030 快速原型建模機，建于 1997 年（照片來源：KJ Auktion）

麥科馬克兄弟通過他們的公司 McCor Technologies 將他們的創(chuàng)新帶入商業(yè)領(lǐng)域。他們通過引入 CMYK 彩色印刷來繼續(xù)改進流程，以創(chuàng)建適合促銷或視覺原型制作的更具活力的對象。這種新方法被稱為選擇性沉積層壓 (SDL)，它包括在選擇性粘合和切割紙張之前對紙張進行彩色打印。粘合劑僅涂在與設(shè)計相對應(yīng)的區(qū)域，從而更容易從廢料中切割出最終物體。但此后它是如何繼續(xù)發(fā)展的呢？什么時候使用？為了更好地理解這個有趣的過程，我們在后續(xù)的內(nèi)容中仔細研究了分層實體制造。

分層實體制造如何工作？

與大多數(shù)逐層構(gòu)建物體的 3D 打印技術(shù)不同，分層實體制造 (LOM) 采用獨特的方法。如上所述，該過程涉及使用激光切割機切掉材料的部分并逐漸露出最終形狀。該工藝結(jié)合了增材制造和減材制造技術(shù)。

最初，LOM 涉及使用粘合劑物質(zhì)將材料層粘合在一起的增材工藝。這些層小心地相互堆疊，形成一個堅固的塊。一旦模塊組裝完畢，減材部件就開始發(fā)揮作用，高精度激光切割機會從每一層精心雕刻出所需的形狀和輪廓。這種細致的激光切割可確保每一層都具有復(fù)雜的形狀，與其上方和下方的層完美契合，從而形成具有緊密融合層的 3D 物體。LOM 中加法和減法步驟的融合能夠生產(chǎn)堅固、復(fù)雜且形狀精確的物體，使其成為跨行業(yè)各種應(yīng)用的一種有前途的技術(shù)。

△LOM 工藝涉及使用激光切割逐層粘合和切割成材料片（照片來源：ManufacturerGuide Scotland AB）

LOM 的多功能性延伸至其處理各種材料的能力，包括紙張、金屬、塑料和復(fù)合材料。紙張是最受歡迎的原料，層壓后具有類似木材的特性，但它也可以與硬固性樹脂結(jié)合以增強剛性�？梢允褂媒饘俸退芰系绕渌�材料，但它們可能會帶來一些挑戰(zhàn)并且需要額外的考慮。

此外，LOM的應(yīng)用范圍廣泛，從各種形狀和尺寸的快速原型制作到制作全彩營銷道具和建筑模型。該技術(shù)特別適合在辦公環(huán)境中尋求內(nèi)部原型設(shè)計解決方案的公司。此外，LOM 可用于為砂型鑄造或熔模鑄造工藝創(chuàng)建犧牲模型，從而可以生產(chǎn)復(fù)雜的形狀和設(shè)計。

△分層實體制造的物體（照片來源：MKS Technologies Pvt Ltd）

LOM技術(shù)的優(yōu)點和缺點

與任何技術(shù)一樣，LOM 也有其優(yōu)點和缺點。從積極的一面來看，LOM 是一種具有成本效益的方法，它采用相對便宜的材料，例如紙或塑料片。它因其生產(chǎn)更大物體的能力而脫穎而出，使其適合創(chuàng)建具有大尺寸的原型和模型。由于各層之間的牢固結(jié)合，所得物體表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)完整性，使其成為功能測試和設(shè)計驗證的理想選擇。LOM 的施工過程最大限度地減少了對復(fù)雜支撐結(jié)構(gòu)的需求，從而減少了額外支撐材料的使用和后處理工作。LOM 還可以在物體的暴露側(cè)實現(xiàn)更光滑的表面光潔度，從而減少大量精加工工作的必要性。

相反，分層實體制造也有其相當(dāng)多的缺點。該技術(shù)僅限于一系列材料，例如紙張、塑料或復(fù)合材料，可能不適合某些高性能應(yīng)用。生產(chǎn)速度可能相對較慢，特別是對于復(fù)雜的設(shè)計，這可能會妨礙時間敏感的項目。該過程的性質(zhì)還會導(dǎo)致物體表面出現(xiàn)可見的接縫或?qū)泳�，這會影響其整體美觀。這可能會導(dǎo)致 LOM 無法達到與其他一些 3D 打印方法相同的精細細節(jié)和精度水平，這可能會限制需要復(fù)雜性的項目。另一個問題是切割過程中會產(chǎn)生廢料，這些廢料可能不易回收，并容易引發(fā)環(huán)境問題。

雖然 LOM 可能無法一刀切地替代其他3D 打印技術(shù)，但對于某些應(yīng)用來說，它仍然是一種引人注目的選擇。其成本效益、環(huán)保特性以及制作視覺原型的能力使其成為快速原型制作的有吸引力的選擇。然而，想要投資第一臺 3D 打印機的公司應(yīng)仔細評估其具體需求，并考慮硬件可用性和 LOM 領(lǐng)域內(nèi)的用戶支持等因素。

總之，分層實體制造在增材制造領(lǐng)域占有一席之地。憑借增材和減材工藝的獨特組合、經(jīng)濟性以及使用紙張作為原料，LOM 仍然是快速原型制作和某些建模需求的一個有趣的選擇。隨著技術(shù)的不斷進步，與 LOM相關(guān)的增材制造技術(shù)，例如超聲波固結(jié)（一種金屬低溫 3D 打印技術(shù)），有可能成為現(xiàn)代制造中更強大的工具。