Хуткае прататыпаванне

Машына хуткага прататыпавання з выкарыстаннем селектыўнага лазернага спякання (SLS)

Нарэзка 3д мадэлі
Хуткае прататыпаванне - гэта група метадаў, якія выкарыстоўваюцца для хуткага вырабу маштабнай мадэлі фізічнай часткі або зборкі з выкарыстаннем дадзеных трохмернага аўтаматызаванага праектавання (САПР).Канструкцыя дэталі або вузла звычайна выконваецца з выкарыстаннем 3D-друку або тэхналогіі «вытворчасці дабаўленага пласта».

Першыя метады хуткага стварэння прататыпаў з'явіліся ў сярэдзіне 1980-х гадоў і выкарыстоўваліся для вытворчасці мадэляў і дэталяў прататыпаў.Сёння яны выкарыстоўваюцца для шырокага спектру прымянення і выкарыстоўваюцца для вытворчасці дэталяў серыйнай якасці ў адносна невялікіх колькасцях, калі пажадана, без тыповай неспрыяльнай эканомікі ў кароткатэрміновай перспектыве.Гэтая эканоміка заахвоціла онлайн-бюро абслугоўвання.Гістарычныя агляды тэхналогіі RP пачынаюцца з абмеркавання метадаў вытворчасці сімулякраў, якія выкарыстоўваліся скульптарамі 19-га стагоддзя.Некаторыя сучасныя скульптары выкарыстоўваюць тэхналогію нашчадкаў для стварэння экспазіцый і розных аб'ектаў.Здольнасць прайграваць праекты з набору даных выклікала праблемы з правамі, паколькі цяпер можна інтэрпаляваць аб'ёмныя даныя з аднамерных малюнкаў.

Як і ў выпадку субтрактивных метадаў ЧПУ, аўтаматызаванае праектаванне - аўтаматызаванае вытворчасць CAD -CAM працоўны працэс у традыцыйным працэсе хуткага прататыпавання пачынаецца са стварэння геаметрычных даных, альбо ў выглядзе 3D цела з дапамогай працоўнай станцыі САПР, альбо 2D зрэзаў з дапамогай скануючая прылада.Для хуткага прататыпавання гэтыя дадзеныя павінны прадстаўляць сапраўдную геаметрычную мадэль;а менавіта, той, чые межавыя паверхні ахопліваюць канечны аб'ём, не ўтрымліваюць адтулін, якія агаляюць унутраную частку, і не складаюцца назад на сябе.Іншымі словамі, аб'ект павінен мець «нутро».Мадэль сапраўдная, калі для кожнай кропкі ў 3D-прасторы кампутар можа адназначна вызначыць, ці ляжыць гэтая кропка ўнутры, на або па-за межамі паверхні мадэлі.Постпрацэсары САПР будуць апраксімаваць унутраныя геаметрычныя формы САПР пастаўшчыкоў прыкладанняў (напрыклад, B-сплайны) спрошчанай матэматычнай формай, якая, у сваю чаргу, выяўляецца ў вызначаным фармаце даных, які з'яўляецца звычайнай асаблівасцю ў адытыўнай вытворчасці: фармат файла STL, дэ-факта стандарт для перадачы цвёрдых геаметрычных мадэляў на машыны SFF.

Каб атрымаць неабходныя траекторыі кіравання рухам для фактычнага SFF, хуткага прататыпавання, 3D-друку або механізму адытыўнай вытворчасці, падрыхтаваную геаметрычную мадэль звычайна разразаюць на пласты, а зрэзы сканіруюць у лініі (вырабляючы «2D-малюнак», які выкарыстоўваецца для стварэння траекторыя, як у траекторыі інструмента ЧПУ), імітуючы ў зваротным парадку фізічны працэс пабудовы ад пласта да пласта.

1. Вобласці прымянення
Хуткае прататыпаванне таксама звычайна выкарыстоўваецца ў распрацоўцы праграмнага забеспячэння для апрабавання новых бізнес-мадэляў і архітэктур прыкладанняў, такіх як аэракасмічная прамысловасць, аўтамабільная прамысловасць, фінансавыя паслугі, распрацоўка прадуктаў і ахова здароўя.Аэракасмічны дызайн і прамысловыя каманды разлічваюць на стварэнне прататыпаў для стварэння новых метадалогій AM у галіны.Выкарыстоўваючы SLA, яны могуць хутка стварыць некалькі версій сваіх праектаў за некалькі дзён і хутчэй пачаць тэсціраванне.Хуткае стварэнне прататыпаў дазваляе дызайнерам/распрацоўшчыкам даць дакладнае ўяўленне аб тым, як атрымаецца гатовы прадукт, перш чым укладваць занадта шмат часу і грошай у прататып.3D-друк, які выкарыстоўваецца для хуткага прататыпавання, дазваляе выкарыстоўваць прамысловы 3D-друк.Дзякуючы гэтаму вы маглі б хутка адпампоўваць буйнамаштабныя формы для запчастак на працягу кароткага перыяду часу.

2. Гісторыя
У 1970-х гадах Джозэф Генры Кондан і іншыя супрацоўнікі Bell Labs распрацавалі сістэму праектавання схем Unix (UCDS), аўтаматызуючы працаёмкую і схільную да памылак задачу ручнога пераўтварэння чарцяжоў для вырабу друкаваных плат для мэт даследаванняў і распрацовак.

Да 1980-х гадоў амерыканскія палітыкі і кіраўнікі прамысловасці былі вымушаныя прыняць да ведама, што дамінаванне Амерыкі ў галіне вытворчасці станкоў выпарылася, у выніку таго, што было названа крызісам станкоў.Шматлікія праекты імкнуліся супрацьстаяць гэтым тэндэнцыям у традыцыйнай вобласці CNC CAM, якая пачалася ў ЗША.Пазней, калі Rapid Prototyping Systems выйшлі з лабараторый для камерцыялізацыі, было прызнана, што распрацоўкі ўжо міжнародныя, і амерыканскія кампаніі па хуткаму прататыпаванню не дазволяць сабе раскошу ўпусціць лідэрства.Нацыянальны навуковы фонд быў парасонам для Нацыянальнага ўпраўлення аэранаўтыкі і даследавання касмічнай прасторы (NASA), Міністэрства энергетыкі ЗША, Міністэрства гандлю ЗША NIST, Міністэрства абароны ЗША, Агенцтва перспектыўных абаронных даследаванняў (DARPA) і Упраўлення Naval Research каардынаваў даследаванні для інфармавання стратэгічных планіроўшчыкаў у іх абмеркаваннях.Адным з такіх дакладаў быў 1997 г. Rapid Prototyping in Europe and Japan Panel Report, у якім Джозэф Дж. Біман, заснавальнік DTM Corporation, дае гістарычную перспектыву:

Карані тэхналогіі хуткага прататыпавання можна прасачыць у практыцы тапаграфіі і фотаскульптуры.У межах ТАПАГРАФІІ Блантэр (1892) прапанаваў шматслаёвы метад вырабу формы для папяровых тапаграфічных карт з рэльефам. Працэс уключаў выразанне контурных ліній на серыі пласцін, якія затым складваліся ў стос.Matsubara (1974) з Mitsubishi прапанаваў тапаграфічны працэс з фотацвярдзеннем фотапалімернай смалы для фарміравання тонкіх слаёў, складзеных у ліцейную форму.ФОТАСКУЛЬПТУРА была метадам 19-га стагоддзя для стварэння дакладных трохмерных копій аб'ектаў.Самы вядомы Франсуа Вілем (1860) размясціў 24 камеры ў круглым шэрагу і адначасова фатаграфаваў аб'ект.Затым сілуэт кожнай фатаграфіі быў выкарыстаны для выразання копіі.Марыока (1935, 1944) распрацаваў гібрыд фотаскульптуры і тапаграфічнага працэсу з выкарыстаннем структураванага святла для фатаграфічнага стварэння контурных ліній аб'екта.Лініі можна было потым разгарнуць у аркушы, разрэзаць і скласці або спраецыраваць на запасны матэрыял для разьбы.Працэс Мунца (1956) прайграваў трохмерную выяву аб'екта шляхам выбарачнага экспанавання, пласт за пластом, фотаэмульсіі на апускальным поршні.Пасля фіксацыі суцэльны празрысты цыліндр змяшчае выяву прадмета.

— Джозэф Дж. Біман
«Вытокі хуткага прататыпавання - RP вынікае з пастаянна расце індустрыі САПР, дакладней, з боку САПР, якая займаецца цвёрдым мадэляваннем.Перш чым у канцы 1980-х гадоў з'явілася цвёрдацельнае мадэляванне, трохмерныя мадэлі ствараліся з драцянымі каркасамі і паверхнямі.Але толькі пасля распрацоўкі сапраўднага цвёрдацельнага мадэлявання можна было б распрацаваць такія інавацыйныя працэсы, як RP.Чарльз Хал, які дапамог заснаваць 3D Systems у 1986 годзе, распрацаваў першы працэс RP.Гэты працэс, званы стэрэалітаграфіяй, стварае аб'екты шляхам отвержденія тонкіх паслядоўных слаёў пэўных вадкіх смол, адчувальных да ўльтрафіялетавага святла, з дапамогай маламагутнага лазера.З увядзеннем RP цвёрдацельныя мадэлі САПР могуць раптам ажыць».

Тэхналогіі, якія называюцца Solid Freeform Fabrication, - гэта тое, што мы сёння прызнаем хуткім прататыпам, 3D-друкам або адытыўнай вытворчасцю: Swainson (1977), Schwerzel (1984) працавалі над полімерызацыяй фотаадчувальнага палімера на скрыжаванні двух лазерных прамянёў, якія кіруюцца кампутарам.Сіро (1972) разглядаў магнітастатычнае або электрастатычнае нанясенне з дапамогай электроннага пучка, лазера або плазмы для ашалёўкі спеченной паверхні.Усе яны былі прапанаваны, але невядома, ці былі створаны працоўныя машыны.Хідэа Кодама з Муніцыпальнага індустрыяльна-даследчага інстытута Нагоі быў першым, хто апублікаваў справаздачу аб цвёрдай мадэлі, вырабленай з дапамогай фотапалімернай сістэмы хуткага прататыпавання (1981).Самая першая сістэма хуткага 3D-прататыпавання, якая абапіраецца на Fused Deposition Modeling (FDM), была зроблена ў красавіку 1992 года Stratasys, але патэнт быў выдадзены толькі 9 чэрвеня 1992 года. Sanders Prototype, Inc прадставіла першы настольны струменевы 3D-прынтэр (3DP) з выкарыстаннем вынаходства ад 4 жніўня 1992 г. (Хэлінскі), Modelmaker 6Pro у канцы 1993 г., а затым больш буйны прамысловы 3D-прынтэр Modelmaker 2 у 1997 г. Кампанія Z-Corp, якая выкарыстоўвае парашковае звязванне MIT 3DP для Direct Shell Casting (DSP), вынайдзенае ў 1993 г. на рынку ў 1995 годзе. Нават у той ранні час гэтая тэхналогія лічылася месцам у вытворчай практыцы.Выхад з нізкім дазволам і нізкай трываласцю меў значэнне ў праверцы канструкцыі, вырабе прэс-формаў, вытворчасці прыстасаванняў і ў іншых сферах.Выхады няўхільна прасоўваліся да больш высокіх спецыфікацый.Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) пачынала як вытворца хуткага прататыпавання 3D-друку з Modelmaker 6Pro для стварэння ахвярных тэрмапластычных шаблонаў CAD-мадэляў з выкарыстаннем струйнай тэхналогіі з адным соплам Drop-On-Demand (DOD).

Інавацыі знаходзяцца ў пастаянным пошуку, каб палепшыць хуткасць і здольнасць спраўляцца з прылажэннямі масавай вытворчасці.Значнай падзеяй, якую RP падзяляе з сумежнымі галінамі ЧПУ, з'яўляецца бясплатнае праграмнае забеспячэнне з адкрытым зыходным кодам высокаўзроўневых прыкладанняў, якія складаюць усю ланцужок інструментаў CAD-CAM.Гэта стварыла супольнасць вытворцаў прылад з нізкім дазволам.Аматары нават рабілі набегі на больш патрабавальныя канструкцыі прылад з лазерным уздзеяннем

Самы ранні спіс працэсаў RP або тэхналогій вытворчасці, апублікаваны ў 1993 годзе, быў напісаны Маршалам Бернсам і вельмі падрабязна тлумачыць кожны працэс.У ім таксама называюцца некаторыя тэхналогіі, якія былі папярэднікамі назваў у спісе ніжэй.Напрыклад: Visual Impact Corporation вырабіла толькі прататып прынтара для нанясення парафіну, а потым перадала патэнт кампаніі Sanders Prototype, Inc.BPM выкарыстоўваў тыя ж струйныя прылады і матэрыялы.