Hurtig prototyping

En hurtig prototypemaskine, der bruger selektiv lasersintring (SLS)

3D model udskæring
Rapid prototyping er en gruppe af teknikker, der bruges til hurtigt at fremstille en skalamodel af en fysisk del eller samling ved hjælp af tredimensionelle computerstøttet design (CAD) data.Konstruktion af delen eller samlingen udføres normalt ved hjælp af 3D-print eller "additive layer manufacturing" teknologi.

De første metoder til hurtig prototyping blev tilgængelige i midten af ​​1980'erne og blev brugt til at producere modeller og prototypedele.I dag bruges de til en lang række applikationer og bruges til at fremstille dele i produktionskvalitet i relativt små antal, hvis det ønskes uden den typiske ugunstige kortsigtede økonomi.Denne økonomi har tilskyndet online servicebureauer.Historiske undersøgelser af RP-teknologi starter med diskussioner om simulacra-produktionsteknikker brugt af billedhuggere fra det 19. århundrede.Nogle moderne billedhuggere bruger afkomsteknologien til at producere udstillinger og forskellige genstande.Muligheden for at gengive design fra et datasæt har givet anledning til spørgsmål om rettigheder, da det nu er muligt at interpolere volumetriske data fra endimensionelle billeder.

Som med CNC-subtraktive metoder starter det computerstøttede design - computerstøttede CAD-CAM-arbejdsforløb i den traditionelle hurtige prototyping-proces med oprettelsen af ​​geometriske data, enten som et 3D-materiale ved hjælp af en CAD-arbejdsstation eller 2D-skiver ved hjælp af en scanningsenhed.For hurtig prototyping skal disse data repræsentere en gyldig geometrisk model;nemlig en, hvis grænseflader omslutter et begrænset volumen, ikke indeholder huller, der blotter det indre, og ikke folder sig tilbage på sig selv.Objektet skal med andre ord have en "indside".Modellen er gyldig, hvis computeren for hvert punkt i 3D-rummet entydigt kan bestemme, om det punkt ligger inden for, på eller uden for modellens grænseflade.CAD-postprocessorer vil tilnærme applikationsleverandørernes interne CAD-geometriske former (f.eks. B-splines) med en forenklet matematisk form, som igen er udtrykt i et specificeret dataformat, som er et almindeligt træk ved additiv fremstilling: STL-filformat, en de facto standard for overførsel af solide geometriske modeller til SFF-maskiner.

For at opnå de nødvendige bevægelseskontrolbaner til at drive den faktiske SFF, hurtig prototyping, 3D-print eller additiv fremstillingsmekanisme, skæres den forberedte geometriske model typisk i lag, og skiverne scannes i linjer (der producerer en "2D-tegning", der bruges til at generere bane som i CNC's værktøjsbane), der omvendt efterligner den fysiske byggeproces fra lag til lag.

1. Anvendelsesområder
Rapid prototyping er også almindeligt anvendt i software engineering for at afprøve nye forretningsmodeller og applikationsarkitekturer såsom Aerospace, Automotive, Financial Services, Produktudvikling og Healthcare.Aerospace design og industrielle teams er afhængige af prototyping for at skabe nye AM-metoder i industrien.Ved at bruge SLA kan de hurtigt lave flere versioner af deres projekter på få dage og begynde at teste hurtigere.Rapid Prototyping giver designere/udviklere mulighed for at give en præcis idé om, hvordan det færdige produkt vil tage sig ud, før der lægges for meget tid og penge i prototypen.3D-print, der bruges til Rapid Prototyping, giver mulighed for industriel 3D-printning.Hermed kan du få store støbeforme til reservedele pumpet hurtigt ud inden for kort tid.

2. Historie
I 1970'erne udviklede Joseph Henry Condon og andre på Bell Labs Unix Circuit Design System (UCDS), der automatiserede den besværlige og fejludsatte opgave med manuelt at konvertere tegninger til at fremstille printkort med henblik på forskning og udvikling.

I 1980'erne blev amerikanske politiske beslutningstagere og industriledere tvunget til at notere sig, at USA's dominans inden for værktøjsmaskinefremstilling fordampede i det, der blev kaldt værktøjsmaskinkrisen.Talrige projekter søgte at imødegå disse tendenser i det traditionelle CNC CAM-område, som var begyndt i USA.Senere, da Rapid Prototyping Systems flyttede ud af laboratorier for at blive kommercialiseret, blev det erkendt, at udviklingen allerede var international, og amerikanske hurtige prototyping-virksomheder ville ikke have den luksus at lade et lead slippe væk.National Science Foundation var en paraply for National Aeronautics and Space Administration (NASA), US Department of Energy, US Department of Commerce NIST, US Department of Defense, Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) og Office of Naval Research koordinerede undersøgelser for at informere strategiske planlæggere i deres overvejelser.En sådan rapport var 1997 Rapid Prototyping in Europe and Japan Panel Report, hvor Joseph J. Beaman, grundlægger af DTM Corporation, giver et historisk perspektiv:

Rødderne til hurtig prototyping-teknologi kan spores til praksis inden for topografi og fotoskulptur.Inden for TOPOGRAFI foreslog Blanther (1892) en lagdelt metode til fremstilling af en form til topografiske kort i reliefpapir. Processen involverede skæring af konturlinjerne på en række plader, som derefter blev stablet.Matsubara (1974) fra Mitsubishi foreslog en topografisk proces med en fotohærdende fotopolymerharpiks for at danne tynde lag stablet for at lave en støbeform.FOTOSKULPTUR var en teknik fra det 19. århundrede til at skabe nøjagtige tredimensionelle replikaer af objekter.Mest berømt, Francois Willeme (1860) placerede 24 kameraer i et cirkulært array og fotograferede samtidig et objekt.Silhuetten af ​​hvert fotografi blev derefter brugt til at udskære en replika.Morioka (1935, 1944) udviklede en hybrid fotoskulptur og topografisk proces ved hjælp af struktureret lys til fotografisk at skabe konturlinjer af et objekt.Linjerne kunne derefter udvikles til plader og skæres og stables eller projiceres på lagermateriale til udskæring.Munz (1956)-processen gengav et tredimensionelt billede af et objekt ved selektivt, lag for lag, at eksponere en fotoemulsion på et sænkningsstempel.Efter fiksering indeholder en solid gennemsigtig cylinder et billede af objektet.

— Joseph J. Beaman
“Oprindelsen af ​​Rapid Prototyping – RP stammer fra den stadigt voksende CAD-industri, mere specifikt den solide modelleringsside af CAD.Før solid modellering blev introduceret i slutningen af ​​1980'erne, blev tredimensionelle modeller skabt med trådrammer og overflader.Men ikke før udviklingen af ​​ægte solid modellering kunne innovative processer som RP udvikles.Charles Hull, som var med til at grundlægge 3D Systems i 1986, udviklede den første RP-proces.Denne proces, kaldet stereolitografi, bygger genstande ved at hærde tynde på hinanden følgende lag af visse ultraviolet lysfølsomme flydende harpikser med en laveffektlaser.Med introduktionen af ​​RP kunne CAD solide modeller pludselig komme til live”.

De teknologier, der omtales som Solid Freeform Fabrication, er, hvad vi i dag genkender som hurtig prototyping, 3D-print eller additiv fremstilling: Swainson (1977), Schwerzel (1984) arbejdede på polymerisering af en lysfølsom polymer i skæringspunktet mellem to computerstyrede laserstråler.Ciraud (1972) overvejede magnetostatisk eller elektrostatisk aflejring med elektronstråle, laser eller plasma til sintret overfladebeklædning.Disse blev alle foreslået, men det er uvist, om der blev bygget arbejdsmaskiner.Hideo Kodama fra Nagoya Municipal Industrial Research Institute var den første til at offentliggøre en beretning om en solid model fremstillet ved hjælp af et fotopolymer-hurtigt prototypingssystem (1981).Det allerførste 3D rapid prototyping system, der er afhængig af Fused Deposition Modeling (FDM) blev lavet i april 1992 af Stratasys, men patentet blev først udstedt den 9. juni 1992. Sanders Prototype, Inc. introducerede den første desktop inkjet 3D printer (3DP) ved hjælp af en opfindelse fra 4. august 1992 (Helinski), Modelmaker 6Pro i slutningen af ​​1993 og derefter den større industrielle 3D-printer, Modelmaker 2, i 1997. Z-Corp, der brugte MIT 3DP-pulverbindingen til Direct Shell Casting (DSP), opfundet i 1993, blev introduceret til markedet i 1995. Allerede på det tidlige tidspunkt blev teknologien anset for at have en plads i fremstillingspraksis.Et output med lav opløsning og lav styrke havde værdi i designverifikation, formfremstilling, produktion af jigs og andre områder.Udgangene har støt udviklet sig mod anvendelser med højere specifikationer.Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) startede som en Rapid Prototyping 3D Printing-producent med Modelmaker 6Pro til fremstilling af offer-termoplastiske mønstre af CAD-modeller ved hjælp af Drop-On-Demand (DOD) inkjet-enkeltdyseteknologi.

Der søges konstant efter innovationer for at forbedre hastigheden og evnen til at klare masseproduktionsapplikationer.En dramatisk udvikling, som RP deler med relaterede CNC-områder, er freeware open-sourcing af applikationer på højt niveau, som udgør en hel CAD-CAM-værktøjskæde.Dette har skabt et fællesskab af lavopløselige enhedsproducenter.Hobbyister har endda gjort indtog i mere krævende laser-effekterede enhedsdesigns

Den tidligste liste over RP-processer eller fremstillingsteknologier udgivet i 1993 blev skrevet af Marshall Burns og forklarer hver proces meget grundigt.Det navngiver også nogle teknologier, der var forløbere for navnene på listen nedenfor.For eksempel: Visual Impact Corporation producerede kun en prototypeprinter til voksaflejring og licenserede derefter patentet til Sanders Prototype, Inc. i stedet.BPM brugte de samme inkjets og materialer.