理论教育 快速成型材料的研究与发展趋势

快速成型材料的研究与发展趋势

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:快速成型技术同时也是成型功能梯度材料和结构材料的先进技术之一,其最大的优点是可以根据具体的产品功能及经济要求,选用特定的材料进行设计与自动化加工。因此,改善现有各种快速成型材料的性能,研发出新的成型工艺、材料及后处理工艺等是未来RP技术工作的重点。随着我国快速成型技术的不断发展,将会出现各种商品化、系列化的成型材料。

快速成型材料的研究与发展趋势

当前,将先进的材料用于RP技术研究是先进制造技术和材料科学交叉的前沿课题。目前研究得较多的是纳米材料、先进复合材料及其成型制件的加工制造。快速成型技术同时也是成型功能梯度材料和结构材料的先进技术之一,其最大的优点是可以根据具体的产品功能及经济要求,选用特定的材料进行设计与自动化加工。

目前,国外许多RP技术及系统开发公司对RP技术用材料进行了大量的研究工作,开发了许多适用于各种成型技术用的新材料。例如,DTM公司研发出用树脂包覆着的钢粉材料,用于直接生产金属注射模;德国EOS公司和美国DTM公司还成功研制出覆膜砂,用于直接制作铸造用砂型;瑞典Ciba公司和日本C-MET公司,采用在光敏树脂中添加陶瓷等粉料的方法,可直接加工制造出特殊功能的零件或模具。

国内的华中科技大学清华大学、西安交通大学以及北京隆源自动成型系统有限公司等单位也对RP技术及其所用的材料进行了研发工作。其中,华中科技大学研发出了LOM用纸产品,其使用性能良好,成型制件的精度及表面质量都较高,并且已与设备配套实现了商品化。另外,华中科技大学还研发出了SLS用材料,如PS粉末、覆膜砂等,并利用SLS技术制造出消失模、铸造砂型,并且浇注出了合格的金属铸件。

清华大学在研究SLA、SLS、LOM、FDM多种技术及设备的基础上,成功研发出了FDM用ABS丝以及蜡丝材料、尼龙丝材,并且对引进的丙烯酸酯光敏树脂进行了改性研制。

西安交通大学在研发SLA技术设备的同时,成功研制出了光固化树脂材料。它具有强度高、固化快等显著优点,其价格只是相同进口材料价格的1/8。另外,西安交通大学研究的将RP技术与石墨电极研磨设备相结合的方法,有利于进行快速模具的加工与制造。

北京隆源自动成型有限公司对SLS技术用材料进行了大量的研究工作,成功研发出一种复合材料。这种低熔点高分子与蜡的复合材料与精密熔模铸造相结合,可生产出各种原型制件或精铸零件。其研发的RP技术用材料还有PS、ABS工程塑料粉。

当前,RP技术正处在不断完善和成熟阶段,各种新型成型技术和材料也不断出现,目前研发的重心已从RP设备的制造向着快速模具(RT)制造、半功能性成型材料、功能性成型材料的方向转移,其关键技术是新材料与新工艺的研发、成型制件精度的进一步提高、金属模具以及功能性零件的转化等。因此,改善现有各种快速成型材料的性能,研发出新的成型工艺、材料及后处理工艺等是未来RP技术工作的重点。

快速成型技术作为一种多学科交叉的先进制造技术,虽然发展历史不长,但随着激光技术、材料科学、计算机技术、自动控制技术等多学科的发展以及工业化,相信在制造领域中大范围地应用RP技术已为期不远。在各种快速成型技术中,RP所用的成型材料各具特色,新型材料层出不穷,这也必将促进快速成型技术的工业化进程。与此同时,新材料的研发又促进了材料科学的快速发展,使得新材料在快速制造业中得到广泛应用。(www.daowen.com)

目前,快速成型材料的研究与发展趋势有以下几个方面:

(1)快速成型材料的研发正向多样化与专业化方向发展,许多设备制造商与材料专业公司在不断地开发多种适用于快速模具制造、金属零部件的直接加工制造用系列化成型材料,这也将推动快速成型技术的飞速发展。

(2)随着我国快速成型技术的不断发展,将会出现各种商品化、系列化的成型材料。

(3)进一步完善和提高各种成型材料的性能,不断开发出各种低成本、低污染、高性能的新型RP材料。

(4)RP材料的研发应向着直接加工制造出高精度、高强度以及表面质量好的金属等半功能性、功能性制件的方向发展,这也是目前快速成型领域研究的热点。它将推动RP技术的发展与广泛应用。

(5)新型RP技术用材料的研发与新型RP技术的研究是相辅相成、密不可分的。需根据快速成型的用途和要求的不同开发出不同类型的成型材料,如金属树脂复合材料、生物活性材料、功能梯度材料等。

(6)RP加工的每一个环节都会对最后成型制件的精度产生影响,因此成型制件的成型精度是RP技术在工业产品应用中的关键问题之一,也是RP技术研究的重点之一。

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