3D打印的技术介绍之薄材叠层制造成型技术（LOM）
薄材叠层制造成型(Laminated Object Manufacturing, LOM)又称薄形材料选择性切割。它由美国Helisys公司的Michael Feygin于1986年研制成功。薄材叠层制造成型方法和设备自问世以来，得到了迅速发展。研究LOM工艺的公司除了Helisys公司外，还有日本的Kira公司、瑞典的Sparx公司、新加坡的Kinergy精技私人有限公司，以及中国的清华大学、华中理工大学等。目前世界上投入使用的设备，主要有Helisys公司的纸张叠层造型LOM系列、新加坡Kinergy公司的ZIPPY型薄形材料选择性切割成型机等。
LOM技术曾经是最成熟的快速成型制造技术之一。这种制造方法和设备自1991年问世以来，得到了迅速发展。由于薄材叠层制造成型技术多使用纸材，成本低廉、制件精度高，而且制造出来的木质原型具有外在的美感性和一些特殊的品质，因此受到了较为广泛的关注，在产品概念设计可视化、造型设计评估、装配检验、熔模铸造型芯、砂型铸造木模、快速制作母模以及直接制模等方面得到了迅速应用。随着其他工艺技术的迅速发展，LOM技术的优势越来越不明显，甚至逐渐被淘汰。
1.快速成型系统的成型原理
LOM工艺采用薄片料，如纸、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一层热熔胶，加工时，热压辗热压片材，使之与下面已成型的工件粘结；用CO，激光器在刚粘结的新层上切割出零件截面轮廓和工件外框，并在截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的网格；激光切割完成后，工作台带动已成型的工件下降，与带状片材(料带)分离；供料机构转动收料轴和供料轴，带动料带移动，使新层移到加工区域；工作台上升到加工平面；热压棍热压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚；再在新层上切割截面轮廓。如此反复直至零件的所有截面粘结、切割完，得到分层制造的实体零件。
在这种快速成型机上，截面轮廓被切割和叠合后所成的制品。其中，所需的工件被废料小方格包围，剔除这些小方格之后，便可得到三维工件。
2.一般工艺过程
LOM成型的全过程可以归纳为前处理、分层叠加成型、后处理3个主要步骤。具体来说，LOM成型的工艺过程如下：
1)图形处理阶段。制造一个产品，首先通过三维造型软件(如PoE、UG、solidWorks)进行产品的三维模型构造，然后将得到的三维模型转换为STL格式，再将STL格式的模型导入到专用的切片软件中(如华中科大的HRP软件)进行切片。
2)基底制作。由于工作台的频繁起降，因此必须将LOM原型的叠件与工作台牢固连接，这就需要制作基底。通常设置3～5层的叠层作为基底，为了使基底更牢固，可以在制作基底前给工作台预热。
3)原型制作。制作完基底后，快速成型机就可以根据事先设定好的加工工艺参数自动完成原型的加工制作。工艺参数的选择与原型制作的精度、速度以及质量有关。这其中重要的参数有激光切割速度、加热辗温度、激光能量、破碎网格尺寸等。
4)余料去除。余料去除是一个极其烦琐的辅助过程，它需要工作人员仔细、耐心，并且最重要的是要熟悉制件的原型，这样在剥离的过程中才不会损坏原型。
5)后置处理。余料去除以后，为提高原型表面质量或需要进一步翻制模具，则需对原型进行后置处理，如防水、防潮、加同并使其表面光滑等。只有经过必要的后置处理工作，才能满足快速原型表面质量、尺寸稳定性、精度和强度等要求。
LOM原型经过余料去除后，为了提高原型的性能和便于表面打磨，经常需要对原型进行表面涂覆处理，表面涂覆的好处如下：
1)提高强度。
2)提高耐热性。
3)改进抗湿性。
4)延长原型的寿命。
5)易于表面打磨等处理。
6)经涂覆处理后，原型可更好地用于装配和功能检验。
薄材叠层制造成型技术的优点如下：
1)成型速度较快。由于只需要使用激光束沿物体的轮廓进行切割，无须扫描整个断面因些成型速度很快，常用于加工内部结构简单的大型零件。
2)无须设计和制作支撑结构。
3)可进行切削加工。
4)可制作尺寸大的原型。
薄材叠层制造成型技术缺点如下：
1)不能直接制作塑料原型。
2)原型的抗拉强度和弹性不够好。
3)原型易吸湿膨胀，因此成型后应尽快进行表面防潮处理。
4)原型表面有台阶纹理，难以构建形状精细、多曲面的零件，因此成型后需进行表面打磨。
5)切割的材料无法二次利用，形成材料的浪费。
由于传统的LOM成型工艺，CO，激光器成本高，且原材料种类过少，纸张的强度偏弱，容易受潮等原因，传统的LOM已经逐渐退出3D打印的历史舞台。
3.提高薄材叠层制造成型精度的措施
1)在进行STL转换时，可以根据零件形状的不同复杂程度来定。在保证成型件形状完整平滑的前提下，尽量避免过高的精度。不同的CAD软件所用的精度范围也不一样，如Pro/E所选用的范围是0.01～0.05mm，UG所选用的范围是0.02～0.08mm。如果零件细小结构较多，可将转换精度设高一些。
2)STL文件输出精度的取值应与相对应的原型制作设备上切片软件的精度相匹配。过大会使切割速度严重减慢，过小会引起轮廓切割严重失真。
3)模型的成型方向会对工件品质(尺寸精度、表面粗糙度、强度等)、材料成本和制作时间产生很大的影响。一般而言，无论哪种快速成型方法，由于不易控制工件Z方向的翘曲变形，工件的X-Y方向的尺寸精度都比Z方向的更易保证，应该将精度要求较高的轮廓尽可能放置在X-Y平面。
4)切碎网格的尺寸有多种设定方法。当原型形状比较简单时，可以将网格尺寸设大一些，以提高成型效率；当形状复杂或零件内部有废料时，可以采用变网格尺寸的方法进行设定，即在零件外部采用大网格划分，零件内部采用小网格划分。
5)处理湿胀变形的一般方法是涂漆。为考察原型的吸湿性及涂漆的防湿效果，选取尺寸相同的通过快速成型机成型的长方形叠层块经过不同处理后，置入水中10min进行实验，其尺寸和重量的变化情况。未经任何处理的叠层块对水分十分敏感，在水中浸泡10min，叠层方向便涨高45mm，水平方向的尺寸也略有增长，吸入水分的重量达164g。说明未经处理的LOM原型是无法在水中进行使用的，或者在潮湿环境中不宜存放太久。为此，将叠层块涂上薄层油漆进行防湿处理。从实验结果看，涂装起到了明显的防湿效果。在相同浸水时间内，叠层方向仅增长3mm，吸水重量仅4g。当涂刷两层漆后，原型尺寸已得到稳定控制，防湿效果已十分理想。
纸材的最显著缺点是对湿度极其敏感，LOM原型吸水后叠层方向尺寸增长，严重时叠层会相互之间脱离。为避免因吸水而引起这些后果，在原型剥离后应迅速进行密封处理。表面涂覆可以实现良好的密封，同时可以提高原型的强度和抗热、抗湿性。
后来又出现了LOM的改进技术，用PVC覆膜材料代替了传统的纸片，用切割刀代替了价格昂贵的CO2激光器，极大地降低了使用成本。与传统的LOM工艺相比，PVC材料具有良好的物理特性，强度和韧性更高，表面光滑，可以打印透明的零部件。
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