快速成型技术经过多年的发展已经逐渐成熟,尤其是近几年3D打印技术在全世界的蓬勃发展,快速成型技术的巨大技术优势得到了普遍认可,人们对于快速成型技术的研究也更加深入、具体,并向实用化、产业化、工业化方面转化,下一步将完善相应的制造工艺和技术,加快网络化、智能化、集成化快速制造技术方面的研究,研制实用化的、更高效的快速成型设备,开发相应的低成本、高性能原型材料,使快速成型技术得到更加广泛的应用。
快速成型技术必将向以下方面发展:
(1)新的原型材料的研发和改进 开发成本低、强度高、成型容易、变形小及无污染的成型材料,如光固化成型工艺需要进口的光固化树脂,我国迫切需要研发相应的替代材料;开发适用于其他各种快速成型工艺的全新材料,如复合材料、纳米材料和非均质材料等,如近年来出现了与选择性激光烧结技术类似的金属件或者陶瓷件快速原型机。此外,还有其他能够使成型件与真实产品相符的快速成型机使用的高性能材料,如美国Dayton大学的纤维增强复合材料,澳大利亚用于FDM工艺的金属和聚合物复合材料等。
(2)工艺技术的发展创新 快速成型技术目前的成型精度达到0.01mm量级,但是产品的表面质量、强度及韧性等方面仍然达不到传统切削加工材料的要求,不能满足工程需要,因此必须完善现有的工艺和设备。快速成型技术的主要原材料仍然是非金属材料,必须进一步向金属材料拓展,以满足工程的实用要求。美国使用基于激光熔覆的叠层制造技术,以离散和堆积为手段,通过增材加工直接制作成了结构复杂的金属部件,解决了钛合金难加工的问题,并在F-22和改进型的F/A-18E/F战斗机上得以应用,缩短了产品开发周期,并且零件的力学性能也超过了锻件。(www.daowen.com)
(3)制造尺度向大型和微型方面发展 在大型结构件,如飞机主结构零部件及汽车行业的大型覆盖件所需模具中采用快速成型技术有较大的工艺优势,可以促使快速成型制造向大型尺度发展。例如,北京航空航天大学的航空航天国家实验室拥有目前国内最大的3D激光打印机,该打印机长为12米,用于制造我国商用飞机中的大型复杂部件,如钛机身骨架及高强钢起落架。目前最为关键的问题是用激光将金属熔化后对金属重结晶的控制。我国还将这项技术应用在舰载机的研制上,据报道,钛合金和M100钢的3D打印技术已广泛应用于歼-15的试制过程,主要是起落架等主承力部分。此外,微尺度也是快速成型技术的发展方向,桌面型的3D打印机具有外观小巧、成型空间小及成本低廉等优势,正受到越来越多设备开发商的关注,并逐渐走向实用化,如日本名古屋大学研究的微米印刷技术,可制造尺寸为3μm×5μm×5μm的零件,如静脉阀、集成电路等零件。
(4)更高精度、更低成本和更高可靠性 快速成型技术各成型原理不同,控制方法不同,且由于存在计算机模型转换误差、切片处理误差及材料成型中的翘曲变形、收缩、温度应力误差等,导致成型精度不高。具有更低成本和更高精度的成型制造系统必将得到进一步发展,以解决制造系统昂贵、精度低及使用材料受限等问题。
(5)集成化制造大系统 快速成型技术一方面与CAD、CAM、CAE、RT、CAPP以及逆向工程、自动测量技术等制造领域的其他技术形成集成化应用与研究,另一方面是制造学科与其他学科,如信息科学、管理科学、材料科学的交叉融合,形成快速集成制造的大系统学科,其他学科的前沿先进技术与快速成型技术的融合,必将带来耳目一新的技术发展和创新突破。例如,逆向工程与快速成型技术融合,根据实物、照片及CT数据可形成几何模型,进行仿制、维修和新产品开发等,医学界据此可进行人体器官的成型,用于损坏器官的修复、替换等。
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