Kiire prototüüpimine

Kiire prototüüpimismasin, mis kasutab selektiivset laserpaagutamist (SLS)

3D mudeli lõikamine
Kiirprototüüpimine on tehnikate rühm, mida kasutatakse füüsilise osa või koostu mastaabimudeli kiireks valmistamiseks, kasutades kolmemõõtmelise arvutipõhise disaini (CAD) andmeid.Osa või koostu ehitamine toimub tavaliselt 3D-printimise või „lisakihi valmistamise“ tehnoloogia abil.

Esimesed kiirprototüüpide valmistamise meetodid said kättesaadavaks 1980. aastate keskel ning neid kasutati mudelite ja prototüübiosade tootmiseks.Tänapäeval kasutatakse neid paljudes rakendustes ja soovi korral toodetakse suhteliselt väikeses koguses tootmiskvaliteediga detaile ilma tüüpilise ebasoodsa lühiajalise ökonoomikata.See majandus on julgustanud võrguteenuste büroosid.RP-tehnoloogia ajaloolised ülevaated algavad arutlustega simulaakrite tootmistehnikate üle, mida kasutasid 19. sajandi skulptorid.Mõned kaasaegsed skulptorid kasutavad järglaste tehnoloogiat näituste ja erinevate esemete koostamiseks.Võimalus andmekogust kujundusi reprodutseerida on tekitanud probleeme õigustega, kuna nüüd on võimalik interpoleerida mahuandmeid ühemõõtmelistest piltidest.

Nagu CNC lahutavate meetodite puhul, algab arvutipõhise projekteerimise – arvutipõhise tootmise CAD-CAM-i töövoog traditsioonilises kiirprototüüpimisprotsessis geomeetriliste andmete loomisega, kas 3D-tahkisena CAD-tööjaama abil või 2D-lõikudena, kasutades skaneerimisseade.Kiireks prototüüpimiseks peavad need andmed esindama kehtivat geomeetrilist mudelit;nimelt selline, mille piirpinnad ümbritsevad piiratud ruumala, ei sisalda sisemust paljastavaid auke ega voldi enda peale tagasi.Teisisõnu, objektil peab olema "sees".Mudel on kehtiv, kui arvuti suudab iga 3D-ruumi punkti jaoks üheselt määrata, kas see punkt asub mudeli piirpinna sees, peal või sellest väljaspool.CAD-i järelprotsessorid lähendavad rakenduste tarnijate sisemisi CAD-geomeetrilisi vorme (nt B-splaine) lihtsustatud matemaatilise vormiga, mis omakorda on väljendatud kindlas andmevormingus, mis on aditiivses tootmises tavaline omadus: STL-failivorming, de facto standard tahkete geomeetriliste mudelite ülekandmiseks SFF-masinatele.

Tegeliku SFF-i juhtimiseks, kiireks prototüüpimiseks, 3D-printimiseks või lisandite tootmiseks vajalike liikumisjuhtimise trajektooride saamiseks jagatakse ettevalmistatud geomeetriline mudel tavaliselt kihtideks ja lõigud skaneeritakse joonteks (luuakse 2D-joonis, mida kasutatakse genereerimiseks trajektoor nagu CNC töörajal), imiteerides kihtidevahelist füüsilist ehitusprotsessi.

1. Kasutusalad
Kiiret prototüüpimist kasutatakse sageli ka tarkvaratehnikas, et proovida uusi ärimudeleid ja rakendusarhitektuure, nagu lennundus, autotööstus, finantsteenused, tootearendus ja tervishoid.Lennunduse disaini- ja tööstusmeeskonnad tuginevad prototüüpide loomisele, et luua tööstuses uusi AM-metoodikaid.SLA-d kasutades saavad nad kiiresti mõne päeva jooksul teha oma projektidest mitu versiooni ja alustada kiiremini testimist.Kiire prototüüpimine võimaldab disaineritel/arendajatel anda täpse ülevaate sellest, kuidas valmistoode välja tuleb, enne kui prototüübile liiga palju aega ja raha kulutada.Kiire prototüüpimise jaoks kasutatav 3D-printimine võimaldab tööstuslikku 3D-printimist.Selle abil saate suuremahulised vormid varuosade kiireks väljapumbamiseks lühikese aja jooksul.

2. Ajalugu
1970. aastatel töötasid Joseph Henry Condon ja teised Bell Labsi töötajad välja Unixi vooluringide projekteerimissüsteemi (UCDS), mis automatiseeris töömahuka ja vigaderikka ülesande jooniste käsitsi teisendamiseks trükkplaatide valmistamiseks uurimis- ja arendustegevuse eesmärgil.

1980. aastateks olid USA poliitikakujundajad ja tööstusjuhid sunnitud arvestama, et Ameerika domineerimine tööpinkide tootmise valdkonnas haihtus nn tööpinkide kriisis.Paljud projektid püüdsid neid suundumusi USA-st alguse saanud traditsioonilises CNC CAM-valdkonnas tõrjuda.Hiljem, kui Rapid Prototyping Systems kolis laboritest välja, et turustada, mõisteti, et arendused olid juba rahvusvahelised ja USA kiirprototüüpimisega tegelevatel ettevõtetel poleks luksust plii käest lasta.Riiklik Teadusfond oli riikliku aeronautika- ja kosmoseameti (NASA), USA energeetikaministeeriumi, USA kaubandusministeeriumi NIST, kaitseministeeriumi, kaitsealase arenenud uurimisprojektide agentuuri (DARPA) ja USA büroo katusevari. Naval Research koordineeris uuringuid, et teavitada strateegilisi planeerijaid nende aruteludes.Üks selline aruanne oli 1997. aasta kiire prototüüpide koostamine Euroopas ja Jaapanis, milles Joseph J. Beaman, DTM Corporationi asutaja, esitab ajaloolise vaate:

Kiirprototüüpide loomise tehnoloogia juured on seotud topograafia ja fotoskulptuuriga.TOPOGRAAFIA raames pakkus Blanther (1892) välja kihilise meetodi reljeefse paberiga topograafiliste kaartide vormi valmistamiseks. Protsess hõlmas kontuurjoonte lõikamist plaatide seeriale, mis seejärel virnastati.Matsubara (1974) Mitsubishist pakkus välja topograafilise protsessi fotokõvastuva fotopolümeervaiguga, et moodustada õhukesed kihid, mis on virnastatud valuvormi valmistamiseks.FOTOSKULPTUUR oli 19. sajandi tehnika objektide täpsete kolmemõõtmeliste koopiate loomiseks.Kõige kuulsam Francois Willeme (1860) paigutas 24 kaamerat ringikujulisse massiivi ja pildistas samaaegselt objekti.Seejärel kasutati iga foto siluetti koopia nikerdamiseks.Morioka (1935, 1944) töötas välja hübriidse fotoskulptuuri ja topograafilise protsessi, kasutades struktureeritud valgust objekti kontuurjoonte fotograafiliseks loomiseks.Joone saab seejärel arendada lehtedeks ning lõigata ja virnastada või projitseerida nikerdamiseks põhimaterjalile.Munzi (1956) protsess reprodutseeris objekti kolmemõõtmelise kujutise, säritades kiht-kihilt valikuliselt langetuskolvi fotoemulsiooni.Pärast fikseerimist sisaldab läbipaistev silinder objekti kujutist.

- Joseph J. Beaman
„Kiire prototüüpimise päritolu – RP tuleneb pidevalt kasvavast CAD-tööstusest, täpsemalt CAD-i kindlast modelleerimisküljest.Enne tahke modelleerimise kasutuselevõttu 1980. aastate lõpus loodi kolmemõõtmelised mudelid traatraamide ja -pindadega.Kuid alles pärast tõelise tahke modelleerimise väljatöötamist saab välja töötada uuenduslikke protsesse, nagu RP.Charles Hull, kes aitas 1986. aastal 3D-süsteemide loomisel, töötas välja esimese RP-protsessi.See protsess, mida nimetatakse stereolitograafiaks, ehitab objekte, kuivatades väikese võimsusega laseriga õhukesi järjestikuseid kihte teatud ultraviolettvalgustundlikest vedelvaikudest.RP kasutuselevõtuga võivad CAD-i tahked mudelid ootamatult ellu ärkama.

Tehnoloogiad, millele viidatakse kui Solid Freeform Fabrication, on need, mida me täna tunnustame kui kiiret prototüüpimist, 3D-printimist või lisandite tootmist: Swainson (1977), Schwerzel (1984) töötasid valgustundliku polümeeri polümerisatsiooni kallal kahe arvutiga juhitava laserkiire ristumiskohas.Ciraud (1972) käsitles paagutatud pinnakatte jaoks magnetostaatilist või elektrostaatilist sadestumist elektronkiire, laseri või plasmaga.Need kõik olid välja pakutud, kuid pole teada, kas töömasinad ehitati.Hideo Kodama Nagoya munitsipaaltööstusuuringute instituudist avaldas esimesena ülevaate fotopolümeeri kiirprototüüpimise süsteemi abil valmistatud tahkest mudelist (1981).Kõige esimese sulatatud sadestamise modelleerimisel (FDM) põhineva 3D-kiirprototüüpimissüsteemi valmistas Stratasys 1992. aasta aprillis, kuid patent anti välja alles 9. juunil 1992. Sanders Prototype, Inc tutvustas esimest lauaarvuti tindiprinteri 3D-printerit (3DP). leiutis 4. augustist 1992 (Helinski), Modelmaker 6Pro 1993. aasta lõpus ja seejärel suurem tööstuslik 3D-printer Modelmaker 2 1997. aastal. Z-Corp, mis kasutas MIT 3DP pulberköitmist otsese kestavalamise (DSP) jaoks, leiutati 1993. aastal. 1995. aastal. Juba sel varakult peeti tehnoloogial kohta tootmispraktikas.Madala eraldusvõimega ja madala tugevusega väljundil oli väärtus disaini kontrollimisel, vormide valmistamisel, tootmise rakiste ja muudes valdkondades.Väljundid on pidevalt arenenud kõrgemate spetsifikatsioonidega kasutuste suunas.Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) alustas kiire prototüüpimise 3D-printimise tootjana koos mudeliga Modelmaker 6Pro, et teha CAD-mudelite termoplastilisi mustreid, kasutades Drop-On-Demand (DOD) tindiprinteri ühe otsiku tehnoloogiat.

Pidevalt otsitakse uuendusi, et parandada kiirust ja suutlikkust masstootmisrakendustega toime tulla.Dramaatiline areng, mida RP jagab seotud CNC-valdkondadega, on kõrgetasemeliste rakenduste vabavaraline avatud hankimine, mis moodustavad terve CAD-CAM-tööriistaahela.See on loonud madala eraldusvõimega seadmete tootjate kogukonna.Harrastajad on isegi nõudlikumaid laserefektiga seadmekujundusi teinud

Varaseima 1993. aastal avaldatud RP protsesside või tootmistehnoloogiate loendi koostas Marshall Burns ja see selgitab iga protsessi väga põhjalikult.See nimetab ka mõningaid tehnoloogiaid, mis olid allolevas loendis olevate nimede eelkäijad.Näiteks: Visual Impact Corporation tootis ainult prototüüpprinterit vaha sadestamiseks ja litsentseeris seejärel patendi Sanders Prototype, Inc.BPM kasutas samu tindiprintereid ja materjale.