Stroj na rýchle prototypovanie využívajúci selektívne laserové spekanie (SLS)
Krájanie 3D modelu
Rýchle prototypovanie je skupina techník používaných na rýchle zhotovenie zmenšeného modelu fyzickej časti alebo zostavy pomocou trojrozmerných údajov počítačom podporovaného dizajnu (CAD).Konštrukcia dielu alebo zostavy sa zvyčajne vykonáva pomocou technológie 3D tlače alebo „výroby aditívnych vrstiev“.
Prvé metódy rýchleho prototypovania boli dostupné v polovici 80-tych rokov minulého storočia a používali sa na výrobu modelov a prototypových dielov.Dnes sa používajú na širokú škálu aplikácií a používajú sa na výrobu dielov s kvalitou výroby v relatívne malých počtoch, ak je to potrebné, bez typických nepriaznivých krátkodobých ekonomík.Táto ekonomika povzbudila online servisné úrady.Historické prieskumy technológie RP začínajú diskusiami o technikách výroby simulakra, ktoré používali sochári 19. storočia.Niektorí moderní sochári využívajú technológiu potomstva na výrobu výstav a rôznych predmetov.Schopnosť reprodukovať návrhy zo súboru údajov vyvolala problémy s právami, pretože teraz je možné interpolovať objemové údaje z jednorozmerných obrázkov.
Rovnako ako v prípade subtraktívnych metód CNC, aj počítačom podporovaný dizajn – počítačom podporovaná výroba CAD-CAM pracovný tok v tradičnom procese rýchleho prototypovania začína vytvorením geometrických údajov, buď ako 3D telesa pomocou pracovnej stanice CAD, alebo 2D rezov pomocou skenovacie zariadenie.Pre rýchle prototypovanie musia tieto údaje predstavovať platný geometrický model;menovite taká, ktorej hraničné plochy uzatvárajú konečný objem, neobsahujú žiadne otvory odhaľujúce vnútro a neskladajú sa späť na seba.Inými slovami, objekt musí mať „vnútro“.Model je platný, ak pre každý bod v 3D priestore môže počítač jednoznačne určiť, či tento bod leží vo vnútri, na alebo mimo hraničného povrchu modelu.Postprocesory CAD priblížia interné geometrické tvary CAD dodávateľov aplikácií (napr. B-spline) so zjednodušeným matematickým tvarom, ktorý je zase vyjadrený v špecifikovanom formáte údajov, ktorý je bežným znakom v aditívnej výrobe: formát súboru STL, de facto štandard na prenos objemových geometrických modelov na stroje SFF.
Aby sa získali potrebné trajektórie riadenia pohybu na riadenie skutočného SFF, rýchleho prototypovania, 3D tlače alebo mechanizmu aditívnej výroby, pripravený geometrický model sa zvyčajne rozreže na vrstvy a rezy sa naskenujú do čiar (vytvorí sa „2D výkres“ používaný na generovanie trajektórie ako v dráhe nástroja CNC), napodobňujúce opačný proces fyzického budovania medzi vrstvami.
1. Oblasti použitia
Rýchle prototypovanie sa bežne používa aj v softvérovom inžinierstve na vyskúšanie nových obchodných modelov a aplikačných architektúr, ako sú letectvo, automobilový priemysel, finančné služby, vývoj produktov a zdravotná starostlivosť.Aerokozmický dizajn a priemyselné tímy sa spoliehajú na prototypovanie, aby vytvorili nové AM metodológie v tomto odvetví.Pomocou SLA môžu rýchlo vytvoriť viacero verzií svojich projektov v priebehu niekoľkých dní a rýchlejšie začať testovať.Rapid Prototyping umožňuje dizajnérom/vývojárom poskytnúť presnú predstavu o tom, ako bude hotový produkt vyzerať, skôr než vloží príliš veľa času a peňazí do prototypu.3D tlač používaná na rýchle prototypovanie umožňuje realizáciu priemyselnej 3D tlače.Vďaka tomu by ste mohli mať veľké formy na náhradné diely rýchlo odčerpané v krátkom čase.
2. História
V 70. rokoch 20. storočia Joseph Henry Condon a ďalší v Bell Labs vyvinuli Unix Circuit Design System (UCDS), automatizujúci pracnú a na chyby náchylnú úlohu ručnej konverzie výkresov na výrobu dosiek plošných spojov na účely výskumu a vývoja.
V osemdesiatych rokoch boli tvorcovia politiky a priemyselní manažéri v USA nútení vziať na vedomie, že dominancia Ameriky v oblasti výroby obrábacích strojov sa vyparila, čo sa nazývalo kríza obrábacích strojov.Početné projekty sa snažili čeliť týmto trendom v tradičnej CNC CAM oblasti, ktorá začala v USA.Neskôr, keď sa Rapid Prototyping Systems presťahovali z laboratórií na komercializáciu, sa zistilo, že vývoj je už medzinárodný a americké spoločnosti zaoberajúce sa rýchlym prototypovaním si nebudú môcť dovoliť nechať si ujsť náskok.Národná vedecká nadácia zastrešovala Národný úrad pre letectvo a vesmír (NASA), Ministerstvo energetiky USA, Ministerstvo obchodu USA NIST, Ministerstvo obrany USA, Agentúru pre pokročilé obranné výskumné projekty (DARPA) a Úrad pre Naval Research koordinoval štúdie, aby informoval strategických plánovačov pri ich úvahách.Jednou z takýchto správ bola správa panelu Rapid Prototyping in Europe and Japan z roku 1997, v ktorej Joseph J. Beaman zakladateľ spoločnosti DTM Corporation poskytuje historický pohľad:
Korene technológie rýchleho prototypovania možno vysledovať v postupoch v topografii a fotosochárstve.V rámci TOPOGRAPHY Blanther (1892) navrhol vrstvenú metódu na výrobu formy na vyvýšené reliéfne papierové topografické mapy. Proces zahŕňal rezanie obrysových línií na sériu dosiek, ktoré sa potom ukladali na seba.Matsubara (1974) z Mitsubishi navrhol topografický proces s fotopolymérovou živicou vytvrdzujúcou svetlom na vytvorenie tenkých vrstiev naskladaných na výrobu odlievacej formy.PHOTOSCULPTURE bola technika z 19. storočia na vytváranie presných trojrozmerných kópií predmetov.Najznámejšie Francois Willeme (1860) umiestnil 24 kamier do kruhového poľa a súčasne fotografoval objekt.Silueta každej fotografie bola potom použitá na vyrezanie repliky.Morioka (1935, 1944) vyvinul hybridnú fotosochu a topografický proces využívajúci štruktúrované svetlo na fotografické vytváranie obrysových línií objektu.Čiary by sa potom mohli rozvinúť do listov a narezať a naskladať alebo premietnuť na materiál na vyrezávanie.Proces Munz (1956) reprodukoval trojrozmerný obraz objektu selektívnou expozíciou, vrstvu po vrstve, fotografickej emulzie na spúšťacom pieste.Po upevnení obsahuje pevný priehľadný valec obrázok predmetu.
— Joseph J. Beaman
„Origins of Rapid Prototyping – RP pramení z neustále rastúceho odvetvia CAD, konkrétnejšie zo stránky pevného modelovania CAD.Pred zavedením objemového modelovania koncom 80. rokov 20. storočia boli vytvorené trojrozmerné modely s drôtenými rámami a povrchmi.Ale až s vývojom skutočného modelovania pevných látok by sa mohli vyvinúť inovatívne procesy, ako je RP.Charles Hull, ktorý pomohol založiť 3D systémy v roku 1986, vyvinul prvý proces RP.Tento proces, nazývaný stereolitografia, vytvára objekty vytvrdzovaním tenkých po sebe nasledujúcich vrstiev určitých tekutých živíc citlivých na ultrafialové svetlo pomocou lasera s nízkym výkonom.So zavedením RP mohli náhle ožiť pevné modely CAD“.
Technológie označované ako Solid Freeform Fabrication sú to, čo dnes poznáme ako rýchle prototypovanie, 3D tlač alebo aditívnu výrobu: Swainson (1977), Schwerzel (1984) pracovali na polymerizácii fotosenzitívneho polyméru v priesečníku dvoch počítačom riadených laserových lúčov.Ciraud (1972) uvažoval o magnetostatickej alebo elektrostatickej depozícii elektrónovým lúčom, laserom alebo plazmou pre spekané povrchové povlaky.Všetky boli navrhnuté, ale nie je známe, či boli vyrobené pracovné stroje.Hideo Kodama z Mestského priemyselného výskumného inštitútu v Nagoji bol prvý, kto publikoval popis pevného modelu vyrobeného pomocou systému rýchleho prototypovania fotopolymérov (1981).Úplne prvý 3D systém rýchleho prototypovania spoliehajúci sa na Fused Deposition Modeling (FDM) vyrobila v apríli 1992 spoločnosť Stratasys, ale patent bol vydaný až 9. júna 1992. Sanders Prototype, Inc. predstavil prvú stolnú atramentovú 3D tlačiareň (3DP) využívajúcu vynález zo 4. augusta 1992 (Helinski), Modelmaker 6Pro koncom roku 1993 a potom väčšia priemyselná 3D tlačiareň Modelmaker 2 v roku 1997. Spoločnosť Z-Corp využívajúca práškové viazanie MIT 3DP na priame odlievanie škrupín (DSP) vynájdená v roku 1993 bola predstavená na trh v roku 1995. Už v tom ranom období sa považovalo za technológiu, ktorá má miesto vo výrobnej praxi.Výstup s nízkym rozlíšením a nízkou pevnosťou mal hodnotu pri overovaní dizajnu, výrobe foriem, výrobných prípravkoch a iných oblastiach.Výstupy sa neustále posúvajú smerom k vyšším špecifikáciám použitia.Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) začal ako výrobca rýchlej prototypovej 3D tlače s Modelmaker 6Pro na vytváranie obetných termoplastických vzorov modelov CAD využívajúcich atramentovú jednodýzovú technológiu Drop-On-Demand (DOD).
Neustále sa hľadajú inovácie s cieľom zlepšiť rýchlosť a schopnosť vyrovnať sa s aplikáciami hromadnej výroby.Dramatickým vývojom, ktorý RP zdieľa so súvisiacimi CNC oblasťami, je freeware open-sourcing aplikácií na vysokej úrovni, ktoré tvoria celý rad nástrojov CAD-CAM.To vytvorilo komunitu výrobcov zariadení s nízkym rozlíšením.Hobbyisti sa dokonca dostali do náročnejších dizajnov zariadení s laserovým efektom
Najskorší zoznam procesov RP alebo výrobných technológií publikovaný v roku 1993 napísal Marshall Burns a veľmi dôkladne vysvetľuje každý proces.Pomenúva tiež niektoré technológie, ktoré boli predchodcami názvov v zozname nižšie.Napríklad: Visual Impact Corporation vyrobila iba prototyp tlačiarne na nanášanie vosku a potom namiesto toho licencovala patent spoločnosti Sanders Prototype, Inc.BPM používa rovnaké atramentové tlačiarne a materiály.
Čas odoslania: 1. decembra 2021