Бързо прототипиране

Машина за бързо създаване на прототипи, използваща селективно лазерно синтероване (SLS)

Нарязване на 3D модел
Бързото прототипиране е група от техники, използвани за бързо изработване на умален модел на физическа част или сглобка, като се използват данни от триизмерно компютърно проектиране (CAD).Конструкцията на детайла или възела обикновено се извършва с помощта на 3D печат или технология за „производство на допълнителен слой“.

Първите методи за бързо създаване на прототипи станаха достъпни в средата на 80-те години и бяха използвани за производство на модели и прототипни части.Днес те се използват за широк спектър от приложения и се използват за производство на части с производствено качество в сравнително малки количества, ако е необходимо, без типичната неблагоприятна краткосрочна икономика.Тази икономика насърчи бюрата за онлайн услуги.Историческите прегледи на RP технологията започват с обсъждане на техники за производство на симулакри, използвани от скулптори от 19-ти век.Някои съвременни скулптори използват технологията на потомството, за да произвеждат изложби и различни предмети.Възможността за възпроизвеждане на проекти от набор от данни породи проблеми с правата, тъй като вече е възможно да се интерполират обемни данни от едномерни изображения.

Както при CNC субтрактивните методи, CAD -CAM работният процес с компютърно проектиране – компютърно подпомагано производство в традиционния процес на бързо прототипиране започва със създаването на геометрични данни, или като 3D твърдо тяло с помощта на CAD работна станция, или 2D срезове с помощта на сканиращо устройство.За бързо създаване на прототипи тези данни трябва да представляват валиден геометричен модел;а именно такъв, чиито гранични повърхности обхващат краен обем, не съдържат дупки, разкриващи вътрешността, и не се сгъват обратно върху себе си.С други думи, обектът трябва да има „вътрешност“.Моделът е валиден, ако за всяка точка в 3D пространството компютърът може да определи уникално дали тази точка се намира вътре, върху или извън граничната повърхност на модела.CAD постпроцесорите ще сближават вътрешните CAD геометрични форми на доставчиците на приложения (напр. B-splines) с опростена математическа форма, която от своя страна се изразява в определен формат на данни, който е често срещана характеристика в адитивното производство: STL файлов формат, де факто стандарт за прехвърляне на твърди геометрични модели към SFF машини.

За да се получат необходимите траектории за управление на движението за задвижване на действителния SFF, бързо създаване на прототипи, 3D печат или механизъм за адитивно производство, подготвеният геометричен модел обикновено се нарязва на слоеве и срезовете се сканират на линии (произвеждайки „2D чертеж“, използван за генериране траектория, както в траекторията на инструмента на CNC), имитирайки в обратна посока процеса на физическо изграждане от слой към слой.

1. Области на приложение
Бързото прототипиране също така често се прилага в софтуерното инженерство за изпробване на нови бизнес модели и архитектури на приложения като аерокосмическа индустрия, автомобилостроене, финансови услуги, разработване на продукти и здравеопазване.Аерокосмическият дизайн и индустриалните екипи разчитат на прототипиране, за да създадат нови AM методологии в индустрията.Използвайки SLA, те могат бързо да направят множество версии на своите проекти за няколко дни и да започнат тестването по-бързо.Бързото прототипиране позволява на дизайнерите/разработчиците да предоставят точна представа за това как ще излезе готовият продукт, преди да вложат твърде много време и пари в прототипа.3D печатът, който се използва за бързо прототипиране, позволява извършването на индустриален 3D печат.С това можете да имате бързо изпомпване на широкомащабни форми за резервни части за кратък период от време.

2. История
През 70-те години на миналия век Джоузеф Хенри Кондън и други от Bell Labs разработиха Unix Circuit Design System (UCDS), автоматизирайки трудоемката и податлива на грешки задача за ръчно конвертиране на чертежи за изработване на печатни платки за целите на изследването и развитието.

През 80-те години на миналия век американските политици и индустриални мениджъри бяха принудени да отбележат, че американското господство в областта на производството на машинни инструменти се изпари, в това, което беше наречено криза на машинните инструменти.Многобройни проекти се стремят да противодействат на тези тенденции в традиционната CNC CAM област, която е започнала в САЩ.По-късно, когато системите за бързо създаване на прототипи излязоха от лабораториите, за да бъдат комерсиализирани, беше признато, че разработките вече са международни и компаниите за бързо създаване на прототипи в САЩ няма да си позволят лукса да оставят преднина да се изплъзне.Националната научна фондация беше чадър за Националната аеронавтика и космическа администрация (НАСА), Министерството на енергетиката на САЩ, Министерството на търговията на САЩ NIST, Министерството на отбраната на САЩ, Агенцията за напреднали изследователски проекти в областта на отбраната (DARPA) и Службата на Naval Research координира проучвания, за да информира стратегическите плановици в техните обсъждания.Един такъв доклад беше докладът за бързото създаване на прототипи в Европа и Япония от 1997 г., в който Джоузеф Дж. Бийман, основател на DTM Corporation, предоставя историческа перспектива:

Корените на технологията за бързо създаване на прототипи могат да бъдат проследени до практиките в топографията и фотоскулптурата.В рамките на ТОПОГРАФИЯТА Blanther (1892) предлага метод на слоеве за създаване на калъп за релефни хартиени топографски карти. Процесът включва изрязване на контурните линии върху поредица от плочи, които след това се подреждат.Matsubara (1974) от Mitsubishi предложи топографски процес с фотовтвърдяваща се фотополимерна смола за образуване на тънки слоеве, подредени, за да се направи леярска форма.ФОТОСКУЛПТУРАТА е техника от 19-ти век за създаване на точни триизмерни копия на обекти.Най-известният факт, че Франсоа Вилеме (1860 г.) поставя 24 камери в кръгъл ред и едновременно снима обект.След това силуетът на всяка снимка беше използван за издълбаване на реплика.Мориока (1935, 1944) разработва хибридна фотоскулптура и топографски процес, използвайки структурирана светлина за фотографско създаване на контурни линии на обект.След това линиите могат да се развият в листове и да се изрежат и подредят, или да се проектират върху готов материал за дърворезба.Процесът на Мунц (1956) възпроизвежда триизмерно изображение на обект чрез селективно експониране, слой по слой, на фотоемулсия върху спускащо се бутало.След фиксиране плътен прозрачен цилиндър съдържа изображение на обекта.

— Джоузеф Дж. Бийман
„Произходът на бързото прототипиране – RP произтича от непрекъснато разрастващата се CAD индустрия, по-конкретно, от страната на CAD за солидно моделиране.Преди да бъде въведено солидно моделиране в края на 80-те години, триизмерните модели бяха създадени с телени рамки и повърхности.Но едва с разработването на истинско солидно моделиране могат да бъдат разработени иновативни процеси като RP.Чарлз Хъл, който помогна за създаването на 3D Systems през 1986 г., разработи първия RP процес.Този процес, наречен стереолитография, изгражда обекти чрез втвърдяване на тънки последователни слоеве от някои чувствителни към ултравиолетова светлина течни смоли с лазер с ниска мощност.С въвеждането на RP, CAD твърдите модели могат внезапно да оживеят”.

Технологиите, наричани Solid Freeform Fabrication, са това, което днес разпознаваме като бързо прототипиране, 3D принтиране или адитивно производство: Swainson (1977), Schwerzel (1984) работят върху полимеризацията на фоточувствителен полимер в пресечната точка на два компютърно контролирани лазерни лъча.Ciraud (1972) разглежда магнитостатично или електростатично отлагане с електронен лъч, лазер или плазма за синтерована повърхностна облицовка.Всички те бяха предложени, но не е известно дали са били построени работещи машини.Хидео Кодама от Общинския индустриален изследователски институт в Нагоя беше първият, който публикува отчет за солиден модел, произведен с помощта на фотополимерна система за бързо прототипиране (1981 г.).Първата система за бързо създаване на 3D прототипи, разчитаща на Fused Deposition Modeling (FDM), е направена през април 1992 г. от Stratasys, но патентът е издаден едва на 9 юни 1992 г. Sanders Prototype, Inc представи първия настолен мастиленоструен 3D принтер (3DP), използващ изобретение от 4 август 1992 г. (Хелински), Modelmaker 6Pro в края на 1993 г. и след това по-големият промишлен 3D принтер, Modelmaker 2, през 1997 г. Z-Corp, използвайки MIT 3DP прахово свързване за Direct Shell Casting (DSP), изобретен през 1993 г., беше въведен в на пазара през 1995 г. Дори на тази ранна дата технологията се смяташе за имаща място в производствената практика.Резултатът с ниска разделителна способност и ниска якост имаше стойност при проверка на дизайна, правене на матрици, производствени шаблони и други области.Резултатите непрекъснато напредват към употреба с по-високи спецификации.Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) започна като производител на 3D печат за бързо прототипиране с Modelmaker 6Pro за създаване на жертвени термопластични модели на CAD модели, използвайки технология за мастилено-струйни единични дюзи Drop-On-Demand (DOD).

Непрекъснато се търсят иновации за подобряване на скоростта и способността за справяне с приложения за масово производство.Драматично развитие, което RP споделя със свързани CNC области, е безплатният софтуер с отворен код на приложения от високо ниво, които представляват цяла верига от инструменти CAD-CAM.Това създаде общност от производители на устройства с ниска разделителна способност.Любителите дори са направили набези в по-взискателни дизайни на устройства с лазерно въздействие

Най-ранният списък на RP процеси или производствени технологии, публикуван през 1993 г., е написан от Маршал Бърнс и обяснява всеки процес много подробно.Той също така назовава някои технологии, които са предшественици на имената в списъка по-долу.Например: Visual Impact Corporation произведе само прототип на принтер за отлагане на восък и вместо това лицензира патента на Sanders Prototype, Inc.BPM използва същите мастиленоструйни принтери и материали.