箔材粘接成型设备优化方案

目前开发成功的用于增材制造的箔材主要有纸材和PVC薄膜，相对应的成型工艺为叠层实体制造工艺（LOM）。目前研究叠层实体制造成型设备的单位有美国的Helisys公司，日本的Kira公司、Sparx公司，以色列的Solido公司，新加坡的Kinergy公司以及国内的华中科技大学和清华大学等。

Helisys公司的技术在国际市场上所占的比例最大。1984年，Michael Feygin提出了分层实体制造的方法，并于1985年组建Helisys公司，1992年推出第一台商业机型LOM—1015（台面380mm×250mm×350mm）后，又于1996年推出台面达815mm×550mm×508mm的LOM—2030机型，其成型时间比原来缩短了30%，如图4-1所示。Helisys公司除原有的LPH、LPS和LPF三个系列纸材品种以外，还开发了塑料和复合材料品种。软件方面Helisys公司开发了面向Windows NT4.0的LOMSlice软件包新版本，增加了STL可视化、纠错、布尔操作等功能，故障报警更完善。

图4-1 Helisys公司的LOM—2030机型

日本Kira公司的PLT—A4机型采用了一种超硬质刀切割和选择性粘接的方法。以色列的Solido公司推出的SD300型成型机类似于一台3D打印机，具有USB接口，可以置于办公台面上，如图4-2所示。使用的材料为工程塑料薄膜，制作的模型呈透明的琥珀色，其最小壁厚可达1.0mm。图4-3给出了SD300 PVC薄膜打印机配置的耗材及制作的模型。

SD300PVC薄膜打印机的主要打印参数如下：

模型材料：PVC工程塑料薄膜。

材料颜色：琥珀（透明）、乳白、蓝、红、黑。

最大建模尺寸：210mm×160mm×135mm。

模型精度：0.1mm（xy平面方向）。

单层PVC厚度：0.168mm（z向）。

文件格式：STL。

最小壁厚：1.0mm。

打印机外形尺寸：770mm×465mm×420mm。

净重：36kg。

总重（含耗材）：45kg。

国内华中科技大学研制的HRP系列箔材叠层成型机，如图4-4所示。该设备制作的LOM模型如图4-5所示。

图4-2 Solido公司开发的SD300叠层打印机

图4-3 SD300 PVC薄膜打印机耗材配件及其制作的模型

图4-4 HRP系列箔材叠层成型机

图4-5 HRP系列箔材叠层成型机制作的模型

HRP系列叠层成型机无论在硬件还是在软件方面都有自己独特的特点，其硬件系统采用国际著名厂家生产的元器件，保证了整机的高可靠性和高性能，具有如下特点：(www.xing528.com)

1）x−x扫描单元采用交流伺服驱动和滚珠丝杠传动，升降工作台为4柱导向和双滚珠丝杠传动（专利），保证了系统的高精、高速和平稳传动。

2）无拉力叠层材料送进系统（专利），送进可靠，速度高，材料利用率高。

3）抽风排烟装置采用随动式吹风和强力抽排烟装置（专利），能及时充分地排出烟尘，防止烟尘污染。

4）采用著名美国公司的CO₂激光器，稳定性好，可靠性高，模式好，寿命长，功率稳定，切割质量好，并且可更换气体，具有较高的性价比，并配以全封闭恒温水循环冷却系统。

独立开发的功能强大的HRP 2001软件，具有易于操作的友好图形用户界面，开放式的模块化结构，国际标准输入输出接口，具有以下功能：

1）STL文件识别及重新编码。

2）独有的容错及数据过滤切片技术，大幅提高工作效率。

3）STL文件可视化，具有旋转、平移、缩放等图形变换功能。

4）原型制作实时动态仿真。

5）独有的变网格划分技术。

6）数据拟合，速度规划，速度预测，高速插补控制，任意组合曲线的高速、高精连续加工。

7）激光能量随切割速度适时控制，保证了切割深度和线度均匀，切割质量好。

8）激光光斑直径随内外轮廓自动补偿，提高了制件的精度。

9）系统故障诊断，故障自动停机。

清华大学也研究并推出了LOM成型设备SSM—500与SSM—1600。其中SSM—1600设备是当时世界上最大的增材成型设备，可成型零件的最大尺寸为1600mm×800mm×700mm，适用于制造大尺寸的原型。该设备具有大尺寸、高精度、高效率、高可靠性的显著技术特点。该设备与精密铸造、凝固等技术结合可用于制造大型的快速模具。其主要技术特点如下：

1）先进的分区并行加工方式（国家专利）。

2）快速板式热压装置（国家专利）。

3）无张力快速供纸技术（国家专利）。

4）机床式高稳定性铸铁床身。

5）高精度、高可靠性的运动系统和控制系统。

6）高性能激光系统和光学系统。

表4-1为国内外部分叠层实体成型设备。

表4-1 国内外部分叠层实体（LOM）成型设备 （单位：mm）