關(guān)于層壓3D打印

魔猴君  科技前沿   5小時(shí)前

增材制造涵蓋一系列技術(shù)，其原理也各有不同。雖然最常見(jiàn)的工藝，例如FDM和SLA，在業(yè)內(nèi)已非常成熟，但其他一些更具體的技術(shù)也值得關(guān)注。3D層壓打印就是一個(gè)例子，它是一種獨(dú)特的快速成型工藝，結(jié)合了增材制造和減材制造步驟。這種特殊性使其成為3D打印領(lǐng)域一項(xiàng)獨(dú)一無(wú)二的技術(shù)。

這種方法的起源可以追溯到1991年，當(dāng)時(shí)Helisys公司開(kāi)發(fā)了一種制造層壓物體的工藝。該工藝需要將多層材料層疊，熔合在一起，然后使用數(shù)字引導(dǎo)激光沿著精確的輪廓進(jìn)行切割。2003年，Conor MacCormack和Fintan MacCormack兄弟重新詮釋了這種方法，他們使用普通紙張和噴墨打印機(jī)逐層打印設(shè)計(jì)圖案。然后用鎢刀片刮掉多余的紙張，展現(xiàn)最終的形狀。想要了解這項(xiàng)鮮為人知的技術(shù)，請(qǐng)查看我們的完整指南！

前Helisys LOM-2030快速成型機(jī)，建于1997年（圖片來(lái)源：KJ Auktion）

MacCormack兄弟通過(guò)Mcor Technologies公司將其創(chuàng)新成果商業(yè)化，最終將其變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。他們進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了CMYK彩色印刷技術(shù)，創(chuàng)造出色彩鮮艷的物品，非常適合視覺(jué)原型設(shè)計(jì)或廣告宣傳。這項(xiàng)技術(shù)催生了選擇性沉積層壓(SDL)技術(shù)。該技術(shù)要求先將每張紙進(jìn)行彩色打印，然后使用選擇性粘合技術(shù)進(jìn)行組裝，最后進(jìn)行精確切割。粘合劑僅涂抹在與模板對(duì)應(yīng)的區(qū)域，從而有助于消除浪費(fèi)并最終塑造最終的物品。但這項(xiàng)技術(shù)是如何隨著時(shí)間推移而演變的？如今它又在哪些領(lǐng)域得到應(yīng)用？

層壓3D打印如何工作？

與大多數(shù)僅通過(guò)分層構(gòu)建物體的3D打印技術(shù)不同，層壓制造采用混合方法。如前所述，該工藝依賴于激光切割，逐層雕刻分層材料最終形狀。因此，它結(jié)合了增材制造和減材制造步驟。

增材制造階段的第一步是使用粘合劑將各片材料逐一粘合在一起，形成致密的塊體。塊體成型后，激光切割——該工藝的減材環(huán)節(jié)——便會(huì)介入，精準(zhǔn)雕刻材料上的每一個(gè)輪廓和細(xì)節(jié)。這種精準(zhǔn)度確保了每一層的形狀與上下兩層的形狀完美契合，從而確保了整體的最佳結(jié)合力。這兩種方法的獨(dú)特結(jié)合，能夠打造出具有復(fù)雜幾何形狀和清晰輪廓的實(shí)體物體。

該工藝包括使用激光切割逐層粘合和切割材料片（圖片來(lái)源：Manufacturing Guide Sweden AB）。

層壓制造以其廣泛的用途而著稱，尤其得益于它能夠加工各種材料：紙張、金屬、塑料，甚至復(fù)合材料。紙張仍然是最常用的材料，因?yàn)榻?jīng)過(guò)層壓后，其性能與木材相似。紙張還可以用硬化樹(shù)脂加固，以增加其硬度。其他材料，例如金屬或塑料，也適用于這項(xiàng)技術(shù)，盡管它們需要進(jìn)行特定的調(diào)整，有時(shí)還會(huì)存在技術(shù)限制。

層壓技術(shù)非常適合快速制作各種形狀和尺寸的物體原型，以及制作建筑模型或全彩營(yíng)銷(xiāo)材料。其易于使用且易于融入辦公環(huán)境，對(duì)于希望內(nèi)部開(kāi)發(fā)原型的公司來(lái)說(shuō)，是一個(gè)極具吸引力的解決方案。

通過(guò)層壓3D打印制成的物體（圖片來(lái)源：MKS Technologies Pvt Ltd）

優(yōu)點(diǎn)和局限性

與任何技術(shù)一樣，層壓技術(shù)既有優(yōu)勢(shì)，也有局限性。由于使用了紙張或塑料片等廉價(jià)材料，層壓技術(shù)的優(yōu)勢(shì)之一在于其成本效益。該技術(shù)還因其能夠生產(chǎn)大型物件而脫穎而出，尤其適合制造原型或大型模型。由于層間結(jié)合牢固，最終制成的部件具有良好的結(jié)構(gòu)完整性。此外，該工藝減少了對(duì)復(fù)雜支撐結(jié)構(gòu)的需求，從而減少了額外材料的消耗和后處理工序。最后，它還能使物件可見(jiàn)部分的表面更加光滑，減少手動(dòng)修飾或精加工的需要。

然而，它也存在一定的局限性。它仍然局限于有限數(shù)量的材料——主要是紙張、塑料和某些復(fù)合材料——這使得它不適用于對(duì)機(jī)械性能或熱性能要求高的應(yīng)用。此外，生產(chǎn)速度相對(duì)較慢，尤其是對(duì)于復(fù)雜的幾何形狀，這對(duì)短期項(xiàng)目來(lái)說(shuō)是一個(gè)障礙。該工藝本身也會(huì)產(chǎn)生視覺(jué)缺陷，例如可見(jiàn)的層壓線或接縫，影響物體的最終美觀度。與其他更先進(jìn)的3D打印方法相比，這限制了該技術(shù)所能達(dá)到的細(xì)節(jié)和精度水平。最后，切割材料會(huì)產(chǎn)生大量廢料，這些廢料有時(shí)難以回收，從而引發(fā)環(huán)境影響問(wèn)題。

簡(jiǎn)而言之，層壓增材制造在3D打印領(lǐng)域占據(jù)著舉足輕重的地位。由于其獨(dú)特的增材和減材工藝組合、低成本以及使用紙張等易得材料，它成為快速成型和某些建模應(yīng)用的理想解決方案。隨著技術(shù)的發(fā)展，諸如超聲波固結(jié)（一種低溫金屬3D打印技術(shù)）等相關(guān)方法或許能夠進(jìn)一步提升現(xiàn)代制造能力，并拓展其應(yīng)用范圍。

編譯整理：3dnatives