Ātra prototipu izstrāde

Ātrās prototipēšanas iekārta, kas izmanto selektīvo lāzera saķepināšanu (SLS)

3D modeļa sagriešana
Ātrā prototipēšana ir paņēmienu grupa, ko izmanto, lai ātri izveidotu fiziskas daļas vai mezgla mēroga modeli, izmantojot trīsdimensiju datorizētas projektēšanas (CAD) datus.Detaļas vai montāžas izgatavošana parasti tiek veikta, izmantojot 3D drukāšanas jeb “piedevu slāņa ražošanas” tehnoloģiju.

Pirmās metodes ātrai prototipu veidošanai kļuva pieejamas 80. gadu vidū un tika izmantotas modeļu un prototipu detaļu ražošanai.Mūsdienās tos izmanto plašam pielietojuma klāstam un, ja nepieciešams, tiek izmantotas ražošanas kvalitātes detaļu ražošanai salīdzinoši nelielā skaitā bez tipiskas nelabvēlīgas īstermiņa ekonomikas.Šī ekonomika ir veicinājusi tiešsaistes pakalpojumu birojus.RP tehnoloģijas vēsturiskie apskati sākas ar diskusijām par simulakru ražošanas metodēm, ko izmantoja 19. gadsimta tēlnieki.Daži mūsdienu tēlnieki izmanto pēcnācēju tehnoloģiju, lai izveidotu izstādes un dažādus objektus.Iespēja reproducēt dizainu no datu kopas ir radījusi tiesību problēmas, jo tagad ir iespējams interpolēt tilpuma datus no viendimensijas attēliem.

Tāpat kā ar CNC subtraktīvām metodēm, datorizētā projektēšana — datorizētā ražošanas CAD-CAM darbplūsma tradicionālajā ātrās prototipēšanas procesā sākas ar ģeometrisku datu izveidi, vai nu kā 3D cietvielu, izmantojot CAD darbstaciju, vai 2D slāņu, izmantojot skenēšanas ierīce.Ātrai prototipēšanai šiem datiem ir jāatspoguļo derīgs ģeometriskais modelis;proti, tāda, kuras robežvirsmas aptver ierobežotu tilpumu, nesatur iekšpusi atsedzošus caurumus un nesalocās uz sevi.Citiem vārdiem sakot, objektam ir jābūt “iekšpusē”.Modelis ir derīgs, ja katram 3D telpas punktam dators var unikāli noteikt, vai šis punkts atrodas modeļa robežvirsmā, uz tās vai ārpus tās.CAD pēcprocesori tuvinās lietojumprogrammu piegādātāju iekšējās CAD ģeometriskās formas (piem., B-splainus) ar vienkāršotu matemātisko formu, kas savukārt tiek izteikta noteiktā datu formātā, kas ir kopīga iezīme aditīvajā ražošanā: STL faila formāts, de facto standarts cieto ģeometrisko modeļu pārsūtīšanai uz SFF mašīnām.

Lai iegūtu nepieciešamās kustības kontroles trajektorijas faktiskā SFF vadīšanai, ātrai prototipēšanai, 3D drukāšanai vai piedevu izgatavošanas mehānismam, sagatavotais ģeometriskais modelis parasti tiek sadalīts slāņos un šķēles tiek skenētas līnijās (izveidojot “2D zīmējumu”, ko izmanto ģenerēšanai). trajektorija kā CNC instrumentu trajektorijā), imitējot apgrieztā slāņa fiziskās veidošanas procesu.

1. Pielietojuma jomas
Ātrā prototipēšana parasti tiek izmantota arī programmatūras inženierijā, lai izmēģinātu jaunus biznesa modeļus un lietojumprogrammu arhitektūras, piemēram, kosmosa, automobiļu, finanšu pakalpojumu, produktu izstrādes un veselības aprūpes jomā.Aviācijas un kosmosa dizaina un rūpnieciskās komandas paļaujas uz prototipu izstrādi, lai šajā nozarē radītu jaunas AM metodoloģijas.Izmantojot SLA, viņi dažu dienu laikā var ātri izveidot vairākas savu projektu versijas un ātrāk sākt testēšanu.Ātrā prototipēšana ļauj dizaineriem/izstrādātājiem sniegt precīzu priekšstatu par to, kā izrādīsies gatavais produkts, pirms prototipa izstrādei tiek ieguldīts pārāk daudz laika un naudas.Ātrajai prototipēšanai izmantotā 3D drukāšana ļauj veikt rūpniecisko 3D drukāšanu.Tādējādi jūs varat nodrošināt lielapjoma veidnes rezerves daļu ātrai izsūknēšanai īsā laika periodā.

2. Vēsture
70. gados Džozefs Henrijs Kondons un citi no Bell Labs izstrādāja Unix ķēžu projektēšanas sistēmu (UCDS), kas automatizēja darbietilpīgo un ar kļūdām saistīto uzdevumu manuāli pārveidot rasējumus, lai izgatavotu shēmas plates pētniecības un izstrādes nolūkos.

Līdz 1980. gadiem ASV politikas veidotāji un rūpniecības vadītāji bija spiesti ņemt vērā, ka Amerikas dominēšana darbgaldu ražošanas jomā iztvaiko, ko sauca par darbgaldu krīzi.Daudzi projekti centās cīnīties pret šīm tendencēm tradicionālajā CNC CAM jomā, kas bija sākusies ASV.Vēlāk, kad Rapid Prototyping Systems pārcēlās no laboratorijām, lai tos komercializētu, tika atzīts, ka izstrāde jau bija starptautiska, un ASV ātrās prototipēšanas uzņēmumiem nebūs tādas greznības, kā ļaut svinam izslīdēt.Nacionālais Zinātnes fonds bija Nacionālās aeronautikas un kosmosa administrācijas (NASA), ASV Enerģētikas departamenta, ASV Tirdzniecības departamenta NIST, ASV Aizsardzības departamenta, Aizsardzības progresīvo pētījumu projektu aģentūras (DARPA) un ASV biroja lietussargs. Naval Research koordinēja pētījumus, lai informētu stratēģiskos plānotājus viņu apspriedēs.Viens no šādiem ziņojumiem bija 1997. gada Ātrās prototipu izstrādes Eiropā un Japānā ekspertu grupas ziņojums, kurā Džozefs J. Bīmens, DTM Corporation dibinātājs, sniedz vēsturisku skatījumu:

Ātrās prototipēšanas tehnoloģijas saknes meklējamas topogrāfijas un fototēlniecības praksē.TOPOGRĀFIJAS ietvaros Blanters (1892) ierosināja slāņveida metodi reljefa papīra topogrāfisko karšu veidņu izgatavošanai. Process ietvēra kontūrlīniju izgriešanu uz vairākām plāksnēm, kuras pēc tam tika sakrautas.Matsubara (1974) no Mitsubishi ierosināja topogrāfisku procesu ar fotocietēšanas fotopolimēra sveķiem, lai izveidotu plānus slāņus, kas sakrauti, lai izveidotu liešanas veidni.FOTOSKULPTŪRA bija 19. gadsimta tehnika, lai radītu precīzas trīsdimensiju objektu kopijas.Visslavenākais Fransuā Vilems (1860) izvietoja 24 kameras apļveida masīvā un vienlaikus fotografēja objektu.Pēc tam katras fotogrāfijas siluets tika izmantots, lai izgrebtu kopiju.Morioka (1935, 1944) izstrādāja hibrīda foto skulptūru un topogrāfisko procesu, izmantojot strukturētu gaismu, lai fotogrāfiski izveidotu objekta kontūrlīnijas.Pēc tam līnijas var izveidot loksnēs un sagriezt un sakraut vai projicēt uz materiāla materiāla griešanai.Munca (1956) process reproducēja objekta trīsdimensiju attēlu, slāni pa slānim selektīvi eksponējot fotoemulsiju uz nolaišanas virzuļa.Pēc nostiprināšanas cietā caurspīdīgā cilindrā ir objekta attēls.

— Džozefs Dž. Bīmens
“Ātrās prototipēšanas izcelsme — RP izriet no arvien augošās CAD nozares, konkrētāk, no CAD stabilās modelēšanas puses.Pirms cietās modelēšanas ieviešanas 1980. gadu beigās tika izveidoti trīsdimensiju modeļi ar stiepļu rāmjiem un virsmām.Taču tikai tad, kad tiks izstrādāta patiesa cieto modelēšana, varētu tikt izstrādāti tādi novatoriski procesi kā RP.Čārlzs Hols, kurš palīdzēja izveidot 3D sistēmas 1986. gadā, izstrādāja pirmo RP procesu.Šis process, ko sauc par stereolitogrāfiju, veido objektus, sacietējot plānus secīgus noteiktu ultravioleto gaismu jutīgu šķidro sveķu slāņus ar mazjaudas lāzeru.Ieviešot RP, CAD cietie modeļi pēkšņi varētu atdzīvoties.

Tehnoloģijas, kas tiek dēvētas par Solid Freeform Fabrication, mūsdienās tiek atzītas par ātru prototipēšanu, 3D drukāšanu vai piedevu ražošanu: Swainson (1977), Schwerzel (1984) strādāja pie gaismjutīga polimēra polimerizācijas divu datoru vadītu lāzera staru krustpunktā.Ciraud (1972) uzskatīja magnetostatisko vai elektrostatisko pārklāšanu ar elektronu staru, lāzeru vai plazmu saķepinātas virsmas apšuvumam.Tie visi tika ierosināti, taču nav zināms, vai tika uzbūvētas darba mašīnas.Hideo Kodama no Nagojas pašvaldības rūpnieciskās pētniecības institūta bija pirmais, kurš publicēja pārskatu par cietu modeli, kas izgatavots, izmantojot fotopolimēru ātrās prototipēšanas sistēmu (1981).Pati pirmā 3D ātrās prototipēšanas sistēma, kas balstīta uz kausēto nosēdumu modelēšanu (FDM), tika izveidota 1992. gada aprīlī uzņēmumā Stratasys, taču patents tika izdots tikai 1992. gada 9. jūnijā. Sanders Prototype, Inc ieviesa pirmo galddatoru tintes 3D printeri (3DP), izmantojot izgudrojums no 1992. gada 4. augusta (Helinski), Modelmaker 6Pro 1993. gada beigās un pēc tam lielākais rūpnieciskais 3D printeris Modelmaker 2 1997. gadā. Z-Corp, izmantojot MIT 3DP pulvera iesiešanu tiešajai apvalka liešanai (DSP), tika izgudrots 1993. gadā. tirgū 1995. gadā. Pat šajā agrīnajā datumā tehnoloģijai tika uzskatīta vieta ražošanas praksē.Zemas izšķirtspējas, zemas izturības izvadei bija vērtība dizaina pārbaudē, veidņu izgatavošanā, ražošanas džigas un citās jomās.Izvades ir nepārtraukti virzījušās uz augstāku specifikāciju lietojumiem.Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) sāka darboties kā ātrās prototipēšanas 3D drukāšanas ražotājs ar Modelmaker 6Pro, lai izgatavotu CAD modeļu termoplastiskus modeļus, izmantojot Drop-On-Demand (DOD) tintes vienas sprauslas tehnoloģiju.

Inovācijas tiek pastāvīgi meklētas, lai uzlabotu ātrumu un spēju tikt galā ar masveida ražošanas lietojumiem.Dramatiska attīstība, ko RP dala ar saistītajām CNC jomām, ir augsta līmeņa lietojumprogrammu bezmaksas atklātā avota iegūšana, kas veido visu CAD-CAM rīku ķēdi.Tādējādi ir izveidota zemas izšķirtspējas ierīču ražotāju kopiena.Hobiji pat ir izmēģinājuši daudz prasīgāku lāzera efekta ierīču dizainu

Agrāko RP procesu vai ražošanas tehnoloģiju sarakstu, kas publicēts 1993. gadā, sarakstīja Māršals Bērnss, un tas ļoti rūpīgi izskaidro katru procesu.Tajā ir arī nosauktas dažas tehnoloģijas, kas bija tālāk esošajā sarakstā norādīto nosaukumu priekšteči.Piemēram: Visual Impact Corporation ražoja tikai printera prototipu vaska uzklāšanai un pēc tam licencēja patentu Sanders Prototype, Inc.BPM izmantoja tās pašas tintes printerus un materiālus.