目前,RP工艺与技术已逐渐趋向成熟,各项RP工艺与技术在进一步完善的同时,研发的重点已从工艺和设备研发转向工业化、实用化和产业化方向的研究。未来RP制造技术的研究与发展方向,应该是朝着智能化、网络化以及集成化的方向发展;同时,进一步研制出更为经济可靠、精密高效的RP工艺与设备,研发出多种通用的原材料,以拓展RP技术的应用领域。
当今RP技术已成为先进制造技术的重要组成部分,各种不同的快速成型原理和工艺也在不断涌现,今后的研发方向应在以下几个方面:CAD数据处理与RP有效接口的进一步研究;提高RP原型制件的制作精度与强度的研究;开发新的、更便利的快速成型工艺方法;通用的、标准化的成型材料的研发。快速原型制造技术的未来发展趋势可归纳如下:
(一)RP工艺技术的改进
推广RP工艺与技术,就得在原来多种RP工艺的基础上研究出新的快速成型工艺与方法。例如,目前大多数RP工艺都采用激光作为能源,而激光系统的价格及维护费用都相当昂贵,导致快速成型制件的制作成本较高,因此如何借助其他能源,如半导体激光器、紫外灯等廉价的能源来替代昂贵的激光系统,降低快速成型制件的制作成本等是今后RP工艺创新、改进与研发的趋势。
(二)新型RP原型材料的研制
RP工艺与技术的最关键部分就是新型RP原型材料的研制。通常对快速成型工艺用材料的性能要求主要是能精确、快速地加工出符合用户要求的产品原型制件。例如,当RP原型制件用于概念件时,主要考虑其成型精度;当原型制件用于功能件时,主要考虑其力学性能、物理性能及化学性能;当原型制件用于功能制件时,其性能应满足相关的后处理工艺。
目前,进一步降低材料的成本价格,研发出价格更低、性能更好,特别是研发出复合材料、纳米材料、生物活性材料等全新的RP用材料,已成为当前国内外RP原型材料的研发热点。
此外,目前正在研发一种特殊的RP工艺,即对一些特殊功能材料进行直接快速成型,或对某些功能材料进行改造或预处理,使之能满足相应的快速成型技术的某些工艺要求。例如,在生物技术和生物医学、工程学方面,如何制造出复现生命体全部或部分功能的“生物零件”,或从无生物活性的假体研制出具有再生功能的组织工程支架等,都是当前生物制造需研究和努力的方向。
(三)研发功能更强大的数据采集、处理和监控软件
RP软件系统是RP技术实现离散、层层堆积成型的关键内容,而且对快速成型制件的成型速度、成型精度、零件表面质量等具有很大影响。如何建立适合所有RP工艺的、统一的数据接口文件格式,是当今RP软件系统需解决的主要问题。另外,当前RP软件所生成的层片文件属于后缀为∗.STL等的二维文件格式,并且所切分的层厚都相同,今后能否研制出厚度不等的三维层片文件格式,或在三维数字模型上随意进行截面与分层,以便对三维模型进行更精确、更简洁的数学描述,从而进一步提高RP的造型精度等,都是RP软件研发的重点。
与此同时,研发出新的快速成型专用软件,以提高数据的处理速度和精度;研发出新的CAD数据切片方法,以减少数据处理量以及如STL接口格式文件在转换过程中产生的数据缺陷和造成模型外形部分失真等缺点,使RP工艺与设备成为具有更高速度、更高精度和可靠性的快速成型技术等,也都是RP软件研发的重点。(www.daowen.com)
(四)RE、RP与RT技术的进一步集成
RE、RP、RT技术各有优缺点。例如,RE是提供产品三维CAD数据模型的一种快捷手段;RP技术具有较高的柔性,能加工出具有复杂外形的原型制件,同时可将三维CAD数据模型快速转变为三维实体模型;在RE、RP技术的基础上,借助RT工艺构成一个较为完整的新产品研发体系,可突破传统产品开发的模式,并可通过照片、CT或实物模型获取三维数据后快速地对所需研发的层片进行仿制、修改与再设计,还可大大缩短新产品的研发周期并降低研发成本,从而有效地提高新产品开发的质量和效率。目前,该三大技术的有效集成,是新产品研发最有力的工具之一。今后,该三大技术集成的研发重点是,彻底实现RE、CAD、CAE、CAM和RT等技术的无缝连接,并向网络化制造方向发展。
(五)向着产品两头的尺寸方向发展
经市场调研,发现新产品在外形上的研发有向两头尺寸方向发展的趋势,即向着成型尺寸不断增大以及不断缩小的方向发展。目前,以SLA快速成型技术为基础,开发微机电系统的重要手段之一就是采用高精度激光扫描系统的微米印刷技术,并已逐步成型。例如,美国的一国家实验室借助RP工艺技术制作微型自主机器人,整个外形只有一个分币大小,并且其内部所有机械零部件全都由RP技术加工与制作,若加上电子器件和微型电动机,它便可以自由行走。
(六)向着行业标准化的方向发展
目前,各种RP工艺技术及设备种类较多,各自独立发展,并且大部分原材料和产品的标准都不统一,缺乏行业标准,无通用性,所加工出来的产品性能也不一样,这在一定程度上阻碍了RP工艺技术的推广及广泛应用。因此,在改进RP工艺与技术的同时,应大力推广RP工艺与技术的行业标准化进程,使RP工艺与技术系列化、标准化和行业化,这也将推动快速成型技术的迅速发展和普及。
此外,在大力推广RP工艺与技术的行业标准化进程的同时,快速成型设备的安装和使用也应该朝着结构简单、操作方便、智能化、不需要专门的操作人员全程跟踪与监控,即能像操作类似一台打印机那样使用简便与快捷的方向进行研发。
(七)向着高速度、高精度及高可靠性的方向发展
改进RP工艺、设备、结构和控制系统,选用性价比高、可靠性好、寿命长的系统元器件,研发出效率高、可靠性好、工作精度高并且价廉的RP制造设备,进而解决目前RP系统价格昂贵、精度较低、原型制件表面质量较差以及原材料价格较昂贵等诸多问题,使RP系统的操作更加方便和简捷。
随着RP技术的飞速发展,其成型用原材料、工艺、设备、应用领域等都将不断得到改进与完善,RP工艺的产品精度、强度、表面质量等技术指标也将随之不断地改善与提高,其模型制作成本也将会下降。未来的快速成型工艺技术会有更广阔的应用前景。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。