Greitas prototipų kūrimas

Greito prototipų kūrimo mašina, naudojanti selektyvų lazerinį sukepinimą (SLS)

3D modelio pjaustymas
Greitasis prototipų kūrimas yra metodų grupė, naudojama greitai sukurti fizinės dalies arba mazgo mastelio modelį naudojant trimačio kompiuterinio projektavimo (CAD) duomenis.Detalės arba surinkimo konstravimas dažniausiai atliekamas naudojant 3D spausdinimą arba „priedų sluoksnių gamybos“ technologiją.

Pirmieji greito prototipų kūrimo metodai tapo prieinami devintojo dešimtmečio viduryje ir buvo naudojami gaminant modelius ir prototipų dalis.Šiandien jie naudojami įvairiems tikslams ir, jei pageidaujama, naudojami gamybinės kokybės dalių gamybai palyginti nedideliu kiekiu be tipiškos nepalankios trumpalaikės ekonomikos.Ši ekonomika paskatino internetinių paslaugų biurus.Istoriniai RP technologijos tyrimai prasideda nuo diskusijų apie XIX amžiaus skulptorių naudotus simuliakrų gamybos būdus.Kai kurie šiuolaikiniai skulptoriai naudoja palikuonių technologiją, kurdami parodas ir įvairius objektus.Galimybė atkurti dizainą iš duomenų rinkinio sukėlė teisių problemų, nes dabar galima interpoliuoti tūrinius duomenis iš vienmačių vaizdų.

Kaip ir naudojant CNC atimties metodus, kompiuterinio projektavimo – kompiuterinės gamybos CAD-CAM darbo eiga tradiciniame greitojo prototipų kūrimo procese prasideda nuo geometrinių duomenų kūrimo arba kaip 3D kietosios medžiagos naudojant CAD darbo vietą, arba 2D pjūvius naudojant nuskaitymo įrenginys.Norint greitai sukurti prototipą, šie duomenys turi atitikti galiojantį geometrinį modelį;būtent tokį, kurio ribiniai paviršiai apgaubia ribotą tūrį, neturi vidų atidengiančių skylių ir nesusilanksto ant savęs.Kitaip tariant, objektas turi turėti „vidų“.Modelis galioja, jei kiekviename 3D erdvės taške kompiuteris gali vienareikšmiškai nustatyti, ar tas taškas yra modelio ribinio paviršiaus viduje, ant jo ar už jo.CAD antriniai procesoriai apytiksliai suderins programų tiekėjų vidines CAD geometrines formas (pvz., B-splines) su supaprastinta matematine forma, kuri savo ruožtu išreiškiama nurodytu duomenų formatu, kuris yra įprastas priedų gamyboje: STL failo formatas, de facto standartas, skirtas kietųjų geometrinių modelių perkėlimui į SFF mašinas.

Norint gauti reikiamas judesio valdymo trajektorijas, kad būtų galima valdyti tikrąjį SFF, greitą prototipų kūrimą, 3D spausdinimą ar priedų gamybos mechanizmą, paruoštas geometrinis modelis paprastai suskaidomas į sluoksnius, o pjūviai nuskaitomi į linijas (sukuriant „2D piešinį“, naudojamą generuoti). trajektorija, kaip ir CNC įrankių trajektorijoje), imituojant atvirkštinį fizinio kūrimo procesą iš vieno sluoksnio į kitą.

1. Taikymo sritys
Greitasis prototipų kūrimas taip pat dažnai taikomas programinės įrangos inžinerijoje, siekiant išbandyti naujus verslo modelius ir taikomųjų programų architektūras, tokias kaip Aerospace, Automobiliai, Finansinės paslaugos, Produktų kūrimas ir Sveikatos priežiūra.Orlaivių ir kosmoso projektavimo ir pramonės komandos remiasi prototipų kūrimu, kad galėtų sukurti naujas AM metodikas pramonėje.Naudodami SLA jie gali greitai per kelias dienas sukurti kelias savo projektų versijas ir greičiau pradėti testavimą.Greitasis prototipų kūrimas leidžia dizaineriams / kūrėjams pateikti tikslią idėją, kaip pasirodys gatavas produktas, prieš skiriant per daug laiko ir pinigų prototipui.3D spausdinimas, naudojamas greitam prototipų kūrimui, leidžia spausdinti pramoniniu būdu.Taip galėsite greitai per trumpą laiką išsiurbti didelio masto formas atsarginėms dalims.

2. Istorija
Aštuntajame dešimtmetyje Joseph Henry Condon ir kiti iš Bell Labs sukūrė Unix grandinės projektavimo sistemą (UCDS), automatizuodami daug pastangų reikalaujančią ir daug klaidų reikalaujančią užduotį rankiniu būdu konvertuoti brėžinius, kad būtų pagamintos grandinės plokštės mokslinių tyrimų ir plėtros tikslais.

Devintajame dešimtmetyje JAV politikos formuotojai ir pramonės vadovai buvo priversti atkreipti dėmesį į tai, kad Amerikos dominavimas staklių gamybos srityje išgaravo, per vadinamąją staklių krizę.Daugybė projektų siekė atremti šias tendencijas tradicinėje CNC CAM srityje, kuri prasidėjo JAV.Vėliau, kai „Rapid Prototyping Systems“ pasitraukė iš laboratorijų, kad būtų komercializuotas, buvo pripažinta, kad plėtra jau buvo tarptautinė, o JAV greitojo prototipų kūrimo įmonės neturės prabangos leisti švino nuslysti.Nacionalinis mokslo fondas buvo Nacionalinės aeronautikos ir kosmoso administracijos (NASA), JAV Energetikos departamento, JAV Prekybos departamento NIST, JAV Gynybos departamento, Gynybos pažangių tyrimų projektų agentūros (DARPA) ir JAV Energetikos departamento biuras. Naval Research koordinavo tyrimus, kad informuotų strateginius planuotojus jų svarstymuose.Viena iš tokių ataskaitų buvo 1997 m. „Rapid Prototyping in Europe and Japan Panel Report“, kurioje Joseph J. Beaman, DTM Corporation įkūrėjas, pateikia istorinę perspektyvą:

Greito prototipų kūrimo technologijos šaknis galima atsekti topografijos ir fotoskulptūros praktikoje.TOPOGRAFIJOJE Blantheris (1892) pasiūlė sluoksniuotą metodą, skirtą reljefiniams topografiniams popieriniams žemėlapiams gaminti. Procesas apėmė kontūrų linijų iškirpimą ant kelių plokščių, kurios vėliau buvo sukrautos.Matsubara (1974) iš Mitsubishi pasiūlė topografinį procesą naudojant fotokietėjančią fotopolimerinę dervą, kad būtų suformuoti ploni sluoksniai, sukrauti liejimo formai.FOTOSKULPTŪRA buvo XIX amžiaus technika, skirta sukurti tikslias trimates objektų kopijas.Garsiausias Francois Willeme'as (1860) įdėjo 24 kameras į apskritą masyvą ir vienu metu fotografavo objektą.Tada kiekvienos nuotraukos siluetas buvo panaudotas kopijai išraižyti.Morioka (1935, 1944) sukūrė hibridinę fotoskulptūrą ir topografinį procesą, naudodamas struktūrinę šviesą, kad fotografiškai sukurtų objekto kontūrines linijas.Tada linijos gali būti išplėtotos į lakštus ir iškirptos bei sukrautos arba projektuojamos ant raižyti skirtos medžiagos.Munz (1956) procesas atkūrė trimatį objekto vaizdą, sluoksnį po sluoksnio selektyviai eksponuodamas fotoemulsiją ant nuleidžiamo stūmoklio.Po tvirtinimo vientisame permatomame cilindre yra objekto vaizdas.

– Džozefas J. Beamanas
„Greito prototipų kūrimo ištakos – RP kyla iš nuolat augančios CAD pramonės, konkrečiau, tvirtos CAD modeliavimo pusės.Prieš devintojo dešimtmečio pabaigoje įvedant kietąjį modeliavimą, buvo sukurti trimačiai modeliai su vieliniais rėmais ir paviršiais.Tačiau tol, kol nebus sukurtas tikras tvirtas modeliavimas, gali būti sukurti naujoviški procesai, tokie kaip RP.Charlesas Hullas, padėjęs įkurti 3D sistemas 1986 m., sukūrė pirmąjį RP procesą.Šis procesas, vadinamas stereolitografija, sukuria objektus mažos galios lazeriu kietinant plonus iš eilės tam tikrų ultravioletinei šviesai jautrių skystų dervų sluoksnius.Įdiegus RP, kietieji CAD modeliai gali staiga atgyti.

Technologijos, vadinamos Solid Freeform Fabrication, šiandien pripažįstame greitą prototipų kūrimą, 3D spausdinimą arba priedų gamybą: Swainson (1977), Schwerzel (1984) dirbo ties šviesai jautraus polimero polimerizacija dviejų kompiuteriu valdomų lazerio spindulių sankirtoje.Ciraud (1972) svarstė magnetostatinį arba elektrostatinį nusodinimą elektronų pluoštu, lazeriu arba plazma sukepinto paviršiaus apmušimui.Visi jie buvo pasiūlyti, tačiau nežinoma, ar buvo pastatytos veikiančios mašinos.Hideo Kodama iš Nagojos miesto pramonės tyrimų instituto pirmasis paskelbė pasakojimą apie tvirtą modelį, pagamintą naudojant fotopolimero greitojo prototipų kūrimo sistemą (1981).Pačią pirmąją 3D greitojo prototipų kūrimo sistemą, pagrįstą lydytu nusodinimo modeliavimu (FDM), Stratasys sukūrė 1992 m. balandžio mėn., tačiau patentas buvo išduotas tik 1992 m. birželio 9 d. Sanders Prototype, Inc pristatė pirmąjį stalinį rašalinį 3D spausdintuvą (3DP), naudodama 1992 m. rugpjūčio 4 d. (Helinski) išradimas, 1993 m. pabaigoje „Modelmaker 6Pro“, o 1997 m. – didesnis pramoninis 3D spausdintuvas „Modelmaker 2“. „Z-Corp“, naudojant MIT 3DP miltelinį įrišimą tiesioginiam apvalkalo liejimui (DSP), išrastas 1993 m. rinkoje 1995 m. Jau tuo metu buvo manoma, kad technologija turi vietą gamybos praktikoje.Mažos skiriamosios gebos, mažo stiprumo išvestis buvo vertinga tikrinant dizainą, formuojant, gaminant strypus ir kitose srityse.Išėjimai nuolat tobulėjo link aukštesnių specifikacijų naudojimo.Sanders Prototype, Inc. („Solidscape“) pradėjo veikti kaip greitojo prototipų kūrimo 3D spausdinimo gamintojas, naudodamas „Modelmaker 6Pro“, kad CAD modelių termoplastiniai raštai būtų naudojami naudojant Drop-On-Demand (DOD) rašalinio spausdintuvo vieno purkštuko technologiją.

Nuolat ieškoma naujovių, siekiant pagerinti greitį ir gebėjimą susidoroti su masinės gamybos programomis.Dramatiška plėtra, kurią RP dalijasi su susijusiomis CNC sritimis, yra nemokamas atviras aukšto lygio programų, kurios sudaro visą CAD-CAM įrankių grandinę, tiekimas.Tai sukūrė mažos raiškos įrenginių gamintojų bendruomenę.Mėgėjai netgi ėmėsi sudėtingesnių lazeriu veikiančių prietaisų konstrukcijų

Ankstyviausią RP procesų arba gamybos technologijų sąrašą, paskelbtą 1993 m., parašė Marshallas Burnsas ir jame labai kruopščiai paaiškinamas kiekvienas procesas.Jame taip pat įvardijamos kai kurios technologijos, kurios buvo toliau pateiktame sąraše esančių pavadinimų pirmtakai.Pavyzdžiui: „Visual Impact Corporation“ pagamino tik vaško nusodinimo spausdintuvo prototipą, o vėliau licencijavo patentą „Sanders Prototype, Inc.“.BPM naudojo tuos pačius rašalinius spausdintuvus ir medžiagas.