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3D 打印技术类别：Sheet Lamination — 薄片层压 包含：LOM（纸/塑料层压）、Mcor SDL（全彩色纸打印）、Fabrisonic UAM / Ultrasonic Consolidation（金属超声焊接）、CAM-LEM（陶瓷）、Impossible Objects CBAM（碳纤维复合）、EnvisionTEC SLCOM（编织碳纤维）、NTU LAPIS（激光焊接+烧蚀）

一、中文总结

1. 基本定义

薄片层压把 片状/带状材料 逐层粘接（粘合剂 / 超声焊 / 激光焊），并用 CO₂ 激光 / 刀片 / 铣刀切出每层轮廓，最终叠成三维实体。可用材料：纸、塑料、金属箔、陶瓷带、碳纤维织物。

2. 七种代表系统

系统材料连接方式切割方式
LOM（Cubic / Helisys）纸、塑料热熔胶（热压辊）CO₂ 激光
Plastic Sheet Lamination塑料片粘合剂 / 热熔激光 / 刀片
SDL（Mcor）标准 A4 办公纸水性胶硬质合金（钨尖）刀片
UAM / UC（Fabrisonic）金属箔超声波焊接（固态）CNC 铣削
CAM-LEM氧化铝、氧化锆等陶瓷带烧结CO₂ 激光
CBAM（Impossible Objects）长纤维织物 + 热塑性粉末喷印胶 + 热压喷印定形后剥离
SLCOM（EnvisionTEC）编织碳纤维 / Kevlar / PBO热塑性基体—

3. LOM（Laminated Object Manufacturing，Cubic Technologies）

3.1 厂商简介

  • Helisys 1985 年成立，2000 年因财务困难停业；
  • Cubic Technologies 2000 年 12 月由 Michael Feygin 接手，专门继续制造 LOM 机。

3.2 过程（4 步循环）

  1. 送料：背胶片材从供料卷送入工作区；
  2. 层压：热压辊向已有层顶面加热加压粘贴；
  3. 切割：CO₂ 激光切出当层轮廓，并对废料区划 网格（crosshatch） 以便去除；
  4. 平台下降，重复。

3.3 关键硬件

  • CO₂ 激光器（25 W / 50 W），光路经 3 面镜子 + 聚焦透镜聚至 ~0.25 mm；
  • 激光由 XY 伺服定位台 控制（非振镜）；
  • 闭环温控保持层压温度稳定。

3.4 材料

最常用：Kraft 纸 + 聚乙烯热熔背胶（廉价、环保）；也可塑料、金属片。

3.5 优缺点

  • 优点：
    1. 材料种类广（纸 / 塑料 / 金属片都行）；
    2. 可做大件（取决于卷材尺寸）；
    3. 无需额外支撑（纸本身就是支撑）；
    4. 无后固化；无翘曲、无内部残余应力。
  • 缺点：
    1. 激光功率调节不精确 → 变形；
    2. 不适合薄壁件；
    3. 零件完整性受胶粘强度限制；
    4. 去除废料最费人工。
  • 纸质件具有木材般特性，可抛光、打蜡、上漆防潮。

4. Mcor SDL（Selective Deposition Lamination）

4.1 厂商

  • Mcor Technologies（爱尔兰 2005 成立），MacCormack 兄弟 2003 年发明纸质 3D 打印；
  • 2019 年 IP 被 CleanGreen3D 收购；
  • 代表机型：Iris（工业全彩）、ARKe（首款桌面全彩）、Matrix 300+。

4.2 独特之处

  • 使用标准 A4 办公纸 + 水性胶，无毒无废；
  • 全彩色：1 百万以上颜色，5760 × 1440 × 508 DPI；
  • 集成喷墨头先在纸边缘喷色 → 色彩渗透纸内。

4.3 过程（逐层）

  1. 送入一张纸；
  2. 钨尖刀片 切零件轮廓 + 废料区交叉网格；
  3. 喷墨头在截面边缘打印彩色（特殊墨可渗透）；
  4. 滴胶：零件内部多量 → 强粘；废料区少量 → 易剥；
  5. 上一张纸叠上 → 热压板加热加压熔胶粘牢；
  6. 平台下降，重复；
  7. 手工剥离废料。

4.4 优缺点

  • 优点：全彩、环保（纸可回收）、无支撑、便宜、办公室友好；
  • 缺点：打印尺寸小（桌面机）、内部空腔废纸无法取出（需拆分模型）、层厚固定（=纸厚）。

5. Fabrisonic — UAM / Ultrasonic Consolidation（超声金属层压）

5.1 厂商

  • Fabrisonic LLC 2011 年成立，EWI + Solidica 合资；
  • 代表机型 SonicLayer 4000 / 7200。

5.2 原理（固态金属 AM）

  • 圆柱形 Sonotrode 在金属箔表面以 20 kHz 高频 + 20–50 µm 低幅 振动 → 两层金属箔接触界面产生剪切摩擦；
  • 摩擦局部加热 + 法向力 → 打破氧化层，碎屑被振出；
  • 新鲜金属表面在原子级接触 + 塑性变形 + 晶粒跨界生长 → 冶金结合；
  • 不熔化！过程温度远低于熔点。

5.3 过程

  1. 薄金属箔（100–150 µm）由夹具 / 气压夹固在基板；
  2. Sonotrode 以设定振幅 / 频率扫过焊接；
  3. 叠下一张箔，再扫；
  4. 逐层堆叠的同时，CNC 铣削头可随时介入，切特征、加工表面；
  5. 基板预热（≤150°C）降低残余应力。

5.4 关键参数

  • 振幅 5–50 µm；法向力 500–2000 N；扫描速度 ≤50 mm/s；Sonotrode 表面粗糙度 Ra 4–15 µm；预热 ≤150°C；参数需按材料优化。

5.5 材料

多种金属与异种金属组合（如 Al + Ti、Al + NiTi、Al + Cu、Al 中嵌入 PVDF 等）。

5.6 优缺点

  • 优点：
    • 低温 → 无收缩、无残余应力、无变形；
    • 可混合多材料（含"不相容"异种金属）；
    • 可在固态金属中嵌入敏感器件：光纤、传感器、RFID、NiTi 形状记忆丝、PVDF 压电膜；
    • 结合 CNC 铣削 → 高精度复杂特征。
  • 缺点：
    • 界面结合强度和结合质量仍是难点（可能有层间孔隙）；
    • 难做复杂内腔；
    • 层厚固定（=箔厚）。
  • 典型后处理：SPS（火花等离子烧结）+ HIP（热等静压） 可愈合界面缺陷。

5.7 应用

智能结构、嵌入光纤 / 传感 / 电子的金属件、蜂窝 / 冷却通道件、模具、航空、汽车、国防。

6. CAM-LEM（Computer Aided Manufacturing of Laminated Engineering Materials）

  • 美国私营公司，源自 Case Western Reserve 大学；
  • 代表机型 CL-100：工作 150×150×150 mm；层厚 100–600 µm；单次可用 5 种材料；
  • 工艺步骤：CAD → 切片轮廓 → CO₂ 激光切陶瓷/金属带 → 手动或自动拾取堆叠（Indexing & Tacking）→ 层压（Lamination）→ 脱脂（Debinding）+ 烧结（Sintering） → 成品；
  • “form-then-bond”：先切形后粘合 → 激光功率不需很精确；
  • 优点：可做内腔和通道、高质量件、层厚可变（可提速）、多材料；
  • 缺点：烧结后收缩 12–18%、对齐精度要求高、无自然支撑；
  • 应用：快速模具、功能性陶瓷 / 金属件。

7. Impossible Objects — CBAM（Composite-Based Additive Manufacturing）

  • 面向长纤维复合（碳纤维、Kevlar、玻纤）+ 热塑性基体（Nylon12、PEEK）；
  • 是 sheet lamination + inkjet + powder deposition 的混合工艺。

7.1 过程

  1. 长纤维织物片被送入作为"打印床"；
  2. 热喷墨头喷射透明粘合液到织物设计区域；
  3. 沉积聚合物粉末，仅粘附在喷了胶的区域；
  4. 吹走多余粉末 → 留下粉末涂层；
  5. 逐层重复；
  6. 叠完后整叠加热加压 → 聚合物熔合、纤维被基体锁住；
  7. 剥离未粘结的织物 → 得到最终零件。

7.2 优缺点

  • 优点：专为复合件设计；唯一一种长纤维 + 高性能聚合物粉末结合的工艺；强度重量比优异；长纤维端到端贯通（比短切纤维强）。
  • 缺点：多步工序、对齐精度要求高、可能有收缩、片材尺寸固定（最大 12×12 英寸）。

7.3 材料与应用

  • PA12（化学稳定、>100 MPa，强于同类注塑件）；PEEK（耐温 340°C，阻燃、>130 MPa）；
  • 应用：航空、无人机、医疗、体育器材、工装。

8. SLCOM — Selective Lamination Composite Object Manufacturing

  • EnvisionTEC 2016 发布的 SLCOM 1；
  • 使用编织纤维（碳、玻纤、Kevlar、PBO）+ 热塑性基体；
  • 构建体 762 × 610 × 610 mm；
  • 现已停产，但可作对比。

9. NTU LAPIS（激光 + 片材金属 AM，NTU 衍生公司）

  • 过程：铺一张金属片 → 激光焊透整个片，与已有件冶金结合 → 激光再烧蚀去除多余区域 → 重复；
  • 表面粗糙度 Sa ~ 4 µm，约为 SLM 的 1/3；
  • 当前印刷区 15×15 cm（可扩大），分辨率 0.05–0.1 mm；
  • 已用于打印不锈钢 304L 复杂细节 / 悬垂件。

10. 薄片层压总体评价

10.1 优点

  • 材料部分可使用标准日常材料（LOM、SDL），成本低；
  • 无需支撑（废料区本身即支撑）；
  • 工作区可做大（受限于卷材 / 片材尺寸）；
  • 可全彩色（SDL）；
  • UAM 材料状态不变 → 可嵌入敏感元件；
  • UAM、CAM-LEM 可多材料。

10.2 缺点

  • 层厚固定（= 片 / 箔厚）→ 精度受限；
  • 废料去除费时、废料多；
  • 部分工艺难做内部空腔；
  • 粘接强度依赖粘合方式（胶的长期可靠性一般）；
  • 片材尺寸固定 → 小件浪费多。

二、English Summary

1. Definition

Sheet Lamination stacks sheets/foils of material, bonded by glue, heat, ultrasonic welding, or laser welding, with each layer cut by CO₂ laser, blade, or mill. Materials: paper, plastic, metal foil, ceramic tape, carbon fibre fabric.

2. Seven Systems at a Glance

LOM (paper/plastic, adhesive + CO₂ laser), Plastic sheet lamination, SDL (paper + water glue + tungsten blade), UAM (metal foil + ultrasonic weld + CNC mill), CAM-LEM (ceramic tape + laser + debind + sinter), CBAM (fibre fabric + inkjet binder + polymer powder + heat press), SLCOM (woven composite + thermoplastic matrix).

3. LOM (Cubic Technologies)

CO₂ laser on adhesive-backed Kraft paper; heated roller laminates. Pros: wide materials, large parts, no support, no post-cure, no warping. Cons: imprecise laser may distort, poor at thin walls, adhesive-limited integrity, tedious waste removal.

4. Mcor SDL

Standard A4 paper + water glue + tungsten blade + full-colour inkjet (1M+ colours, 5760×1440×508 DPI). Eco-friendly, no toxins, low cost, full colour. Cons: desktop-size, can’t remove internal voids, fixed layer thickness.

5. Fabrisonic UAM / Ultrasonic Consolidation

Solid-state: sonotrode vibrates at 20 kHz, 20–50 µm on 100–150 µm metal foils → friction breaks oxide, atomic-scale contact forms metallurgical bond. CNC milling integrated. Parameters: amplitude 5–50 µm, force 500–2000 N, speed ≤50 mm/s, preheat ≤150°C. Pros: no shrinkage/stress/distortion, dissimilar metal mixing, embed fibres, sensors, electronics in solid metal. Cons: interface bond quality, poor internal structures, fixed layer thickness. Post: SPS / HIP heal defects.

6. CAM-LEM

CO₂ laser cuts ceramic/metal tape, layers are stacked (form-then-bond), then debinded and sintered. Pros: internal channels possible, no precise laser power needed, variable layer thickness, multi-material. Cons: 12–18% sintering shrinkage, precise alignment, no natural supports.

7. Impossible Objects CBAM

Long-fibre fabrics + thermal inkjet binder + polymer powder + heat pressing. Combines sheet lamination, inkjet, and powder deposition. Uses PA12, PEEK; produces strong, long-fibre-reinforced composite parts.

8. EnvisionTEC SLCOM

Uses woven carbon/glass/Kevlar/PBO with thermoplastic matrix; 762×610×610 mm; discontinued.

9. NTU LAPIS

Laser welds sheet to substrate, ablates unwanted regions; surface roughness ~3× better than SLM.

10. Sheet Lamination Pros & Cons

Pros: standard cheap materials, no support, large builds, full colour (SDL), multi-material/ embed (UAM). Cons: resolution tied to sheet thickness, tedious waste removal, limited internal voids, bonding strength varies, material waste when parts smaller than sheet.

三、速记要点 / Quick Recall

  • 薄片层压 = 片材堆叠 + 粘接 + 切形。
  • LOM（纸）、SDL（办公纸 + 全彩）、UAM（金属箔 + 超声焊 + CNC）、CAM-LEM（陶瓷带）、CBAM/SLCOM（纤维复合）。
  • UAM 是固态金属工艺，低温 → 可嵌入光纤 / 传感 / SMA；氧化层破碎 + 原子级接触 → 冶金结合。
  • SDL 的切割工具是钨尖刀片（非激光）；LOM / CAM-LEM 用 CO₂ 激光。
  • CAM-LEM “form-then-bond”：先切后粘，激光功率不敏感。
  • 共有痛点：层厚受片材厚度限制、废料多、内腔难。