用于增材制造工艺中的箔材有纸材、塑料薄膜以及金属箔等。在目前实用化的增材制造工艺中,美国Helisys公司推出的叠层实体制造工艺LOM采用的是纸材,而以色列Solido公司推出的SD300系列设备使用的是塑料薄膜。同时,金属箔作为叠层材料进行增材制造的工艺方法也在研究进行中。塑料薄膜材料成型建造过程中,层间的粘接是由打印设备喷洒粘结剂实现的,而叠层实体成型工艺的叠层是由纸材背面的热熔胶加热熔化后经过粘接实现的,因此LOM成型材料制备及其要求涉及三个方面的问题,即薄层材料、粘结剂和涂布工艺。目前LOM成型材料中的薄层材料多为纸材,而粘结剂一般为热熔胶。纸材料的选取、热熔胶的配置及涂布工艺均要从保证最终成型零件的质量出发,同时要考虑成本。对于LOM纸材的性能,要求厚度均匀,具有足够的抗拉强度以及粘结剂有较好的湿润性、涂挂性和粘结性等。下面就纸的性能、热熔胶的要求及涂布工艺进行简要的介绍。
1.纸的性能
对于LOM成型材料的纸材,有以下要求:
1)抗湿性。保证纸原料(卷轴纸)不会因时间长而吸水,从而保证热压过程中不会因水分的损失而产生变形及粘接不牢。纸的施胶度可用来表示纸张抗水能力的大小。
2)良好的浸润性。保证良好的涂胶性能。
3)抗拉强度。保证在加工过程中不被拉断。
4)收缩率小。保证热压过程中不会因部分水分损失而导致变形,可用纸的伸缩率参数计量。
5)剥离性能好。因剥离时破坏发生在纸张内,要求纸的垂直方向抗拉强度不是很大。
6)易打磨,表面光滑。
7)稳定性。成型零件可长时间保存。
2.热熔胶的要求
叠层实体制造中的成型材料多为涂有热熔胶的纸材,层与层之间的粘接是靠热熔胶保证的。热熔胶的种类很多,其中以EVA型热熔胶的需求量为最大,占热熔胶消费总量的80%左右。当然,在热熔胶中还要添加某些特殊的组分。LOM纸材对热熔胶的基本要求有以下几点:
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。(www.xing528.com)
3)熔融状态下与纸具有较好的涂挂性和涂匀性。
4)与纸具有足够的粘接强度。
5)良好的废料分离性能。
3.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涂布还是非均匀涂布,非均匀涂布又有多种形状。均匀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,尽可能涂得薄,以减少变形、溢胶和错移。
表3-2给出了新加坡KINERGY公司生产的三种型号纸材的物理性能指标。该公司生产的纸材,采用了熔化温度较高的粘结剂和特殊的改性添加剂,用这种材料成型的制件坚如硬木,表面光滑,成型过程中翘曲变形小,成型后工件与废料易分离,经表面涂覆处理后制件不吸水,具有良好的稳定性。表3-3给出了美国Cubic Technologies公司生产的LOM成型用的薄材的物理性能指标,种类除了纸材外,还有聚酯薄膜和玻璃纤维薄膜等。
表3-2 KINERGY公司生产的纸基卷材
表3-3 Cubic Technologies公司生产的LOM薄材
SD300Pro使用的PVC薄膜材料一般厚度为0.168mm或更薄,颜色有琥珀、乳白、蓝、黑、红等。图3-1给出的是SD300Pro打印机用的耗材,其中卷筒为PVC薄膜材料,制作出来的模型为半透明状态。
图3-1 SD300Pro打印机用耗材
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