图6 片材层压增材制造示意
片材层压工艺包括层压物体制造(LOM)和超声波增材制造(UAM)两种。
(1)层压物体制造 LOM与人们熟悉的覆膜机基本相同,若要层压一张纸,则将纸张放入由两种塑料组成的层压机袋中:外层为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),内层为乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)。然后,一个加热的滚筒将袋子的两侧黏结在一起,使纸张完全包裹在塑料中。LOM构建对象的基本过程与此相同。
(2)超声波增材制造 UAM 通过熔合和堆叠金属条、片或带来构建金属物体,这些层通过超声波焊接结合在一起。该过程是在能够在构建层时对工件进行铣削的计算机数控CNC机床上完成的。该过程需要去除未结合的金属,通常是在焊接过程中。UAM使用铝、铜、不锈钢和钛等金属。该过程可以结合不同的材料,快速构建,并实际制造大型物体,同时由于金属没有熔化,因此需要的能量相对较少。
LOM技术最初由 Helisys 公司开发,然后被以色列公司 Solido 推广。Solido公司3D打印机基于 LOM技术,并生产由聚氯乙烯(PVC)和专有黏结剂组合而成的部件,从而生产出坚固但价格低廉的模型。后来,总部位于爱尔兰的 Mcor Technologies 公司发明了一种基于纸张的层压技术。LOM的最新发展使采用碳纤维板和各种复合材料的打印成为可能,Envision TEC 公司和 Impossible Objects 初创公司已经掌握了这些技术,但这些技术仍处在其制造商的继续开发中,尚未广泛应用。
在纸基层压物体制造中,纸张材料取自标准复印纸。首先,纸张通过标准喷墨2D打印机进行着色,然后将构建最终部件所需的所有彩色页面堆叠在3D打印机中,并一张一张地使用它们。因此,每一页都从堆栈中取出,黏在前一页上,然后用刀精确切割。工件逐层完成,剩余的纸张可以用手取出。纸模型可以完全着色,具有类似木头的特性,并且可以相应地加工和完成。结果的精度主要取决于所使用的分层材料的厚度,例如纸张。一张标准纸的厚度在 50~100μm。
美国初创公司 Impossible Objects 获得了基于复合材料的增材制造(Composite Based Additive Manufacturing,CBAM)技术的专利。纤维增强复合材料与热塑性塑料熔合可形成非常坚固的部件。
EnvisionTEC公司开发了选择性层压复合物体制造技术(Selective Lamination Composite Object Manufacturing-SLCOM)。选择性层压复合物体制造技术使用热塑性塑料作为基材而编织纤维复合材料。