Rychlé prototypování - Rapid prototyping

Nesmí být zaměňována s digitálním prototypováním .
Tento článek je o rychlém prototypování fyzických objektů. Rychlé prototypování softwaru najdete v tématu rychlý vývoj aplikací .
Rychlý prototypovací stroj využívající selektivní laserové slinování (SLS)
Krájení 3D modelu

Rapid prototyping je skupina technik používaných k rychle vyrobit maketu fyzického dílu nebo sestavy s použitím trojrozměrné počítačem podporované navrhování ( CAD ) data. Konstrukce dílu nebo sestavy se obvykle provádí pomocí 3D tisku nebo technologie „ výroby aditivní vrstvy “.

První metody pro rychlé prototypování byly k dispozici v polovině 80. let minulého století a byly použity k výrobě modelů a prototypových dílů. Dnes se používají pro širokou škálu aplikací a používají se k výrobě dílů v kvalitě výroby v relativně malém počtu, pokud je to žádoucí, bez typické nepříznivé krátkodobé ekonomiky. Tato ekonomika podpořila úřady online služeb. Historické průzkumy technologie RP začínají diskusemi o produkčních technikách simulacry používaných sochaři 19. století. Někteří moderní sochaři používají technologii potomstva k výrobě výstav a různých předmětů. Schopnost reprodukovat návrhy z datové sady vedla k problémům práv, protože nyní je možné interpolovat objemová data z jednorozměrných obrazů.

Stejně jako u CNC subtraktivních metod začíná pracovní postup CAD - CAM podporovaný počítačem-počítačová výroba v tradičním procesu rychlého prototypování vytvořením geometrických dat, buď jako 3D těleso pomocí pracovní stanice CAD, nebo 2D řezy pomocí skenovací zařízení. Pro rychlé prototypování musí tato data představovat platný geometrický model; totiž ten, jehož hraniční povrchy uzavírají konečný objem, neobsahují žádné otvory odhalující interiér a neskládají se zpět na sebe. Jinými slovy, objekt musí mít „uvnitř“. Model je platný, pokud pro každý bod ve 3D prostoru může počítač jednoznačně určit, zda tento bod leží uvnitř, na nebo mimo hraniční povrch modelu. CAD postprocesory aproximují interní geometrické tvary CAD dodavatelů (např. B-splajny) pomocí zjednodušené matematické formy, která je zase vyjádřena ve specifikovaném datovém formátu, který je běžnou vlastností aditivní výroby : formát souboru STL , de facto standard pro přenos pevných geometrických modelů SFF strojů.

Aby se získaly potřebné trajektorie pohybu pro řízení skutečného SFF, rychlého prototypování, 3D tisku nebo aditivního výrobního mechanismu , připravený geometrický model se obvykle rozřeže na vrstvy a řezy se naskenují do čar (čímž se vytvoří „2D kresba“ použitá ke generování trajektorie jako v dráze nástroje CNC ), napodobující obráceně proces fyzické stavby vrstvy od vrstvy.

Oblasti použití

Rychlé prototypování se také běžně používá v softwarovém inženýrství k vyzkoušení nových obchodních modelů a aplikačních architektur, jako je letectví, automobilový průmysl, finanční služby, vývoj produktů a zdravotnictví. Týmy leteckého a průmyslového designu a průmyslové týmy se spoléhají na prototypování, aby vytvořily nové AM metodiky v tomto odvětví. Pomocí SLA mohou rychle vytvořit několik verzí svých projektů za několik dní a začít rychleji testovat. Rapid Prototyping umožňuje návrhářům/vývojářům poskytnout přesnou představu o tom, jak bude hotový produkt vypadat, než do prototypu vloží příliš mnoho času a peněz. 3D tisk používaný pro rychlé prototypování umožňuje průmyslový 3D tisk. Díky tomu můžete rychle a rychle odčerpávat velké formy na náhradní díly během krátké doby.

Dějiny

V 70. letech vyvinuli Joseph Henry Condon a další z Bell Labs Unix Circuit Design System (UCDS), automatizující pracný a k chybám náchylný úkol ručně převádět kresby na výrobu obvodových desek pro účely výzkumu a vývoje.

V osmdesátých letech byli američtí političtí činitelé a průmysloví manažeři nuceni vzít na vědomí, že dominance Ameriky v oblasti výroby obráběcích strojů se vypařila, v čemž se nazývala krize obráběcích strojů. Četné projekty se snažily čelit těmto trendům v tradiční oblasti CNC CAM , která začala v USA. Později, když se Rapid Prototyping Systems odstěhoval z laboratoří za účelem komercializace, bylo uznáno, že vývoj byl již mezinárodní a americké společnosti pro rychlé prototypování nebudou mít luxus nechat uniknout olovo. National Science Foundation byl deštník pro National Aeronautics and Space Administration ( NASA ), na amerického ministerstva energetiky , v USA ministerstva obchodu NIST , na amerického ministerstva obrany , obrany Advanced Research Projects Agency ( DARPA ) a Úřadu Naval Research koordinoval studie s cílem informovat strategické plánovače o jejich úvahách. Jednou takovou zprávou byla panel Rapid Prototyping in Europe and Japan 1997, ve kterém Joseph J. Beaman zakladatel DTM Corporation [DTM RapidTool na obrázku] poskytuje historický pohled:

Kořeny technologie rychlých prototypů lze vysledovat v postupech v topografii a fotokultuře. V rámci TOPOGRAPHY navrhl Blanther (1892) vrstvený způsob výroby formy pro reliéfní topografické mapy reliéfního papíru. Proces zahrnoval řezání vrstevnic na řadě desek, které byly poté naskládány. Matsubara (1974) ze společnosti Mitsubishi navrhl topografický proces s fotopolymerní pryskyřicí vytvrzující foto za vzniku tenkých vrstev naskládaných na licí formu. FOTOSKULPTURA byla technika 19. století k vytváření přesných trojrozměrných replik objektů. Nejvíce skvěle Francois Willeme (1860) umístil 24 kamer do kruhového pole a současně fotografoval objekt. Silueta každé fotografie byla poté použita k vyřezání repliky. Morioka (1935, 1944) vyvinul hybridní fotografickou plastiku a topografický proces využívající strukturované světlo k fotografickému vytváření vrstevnic objektu. Linie by pak mohly být vyvinuty do listů a řezány a stohovány nebo promítány na základní materiál pro řezbářství. Munzův (1956) proces reprodukoval trojrozměrný obraz předmětu selektivní expozicí, foto po vrstvě, fotoemulze na snižujícím se pístu. Po upevnění obsahuje pevný průhledný válec obrázek předmětu.

-  Joseph J. Beaman

„Počátky rychlého prototypování-RP vychází ze stále rostoucího odvětví CAD, konkrétněji ze strany solidního modelování CAD. Před zavedením objemového modelování na konci osmdesátých let byly vytvořeny trojrozměrné modely s drátěnými rámy a povrchy. Ale až do vývoje skutečného modelování těles bylo možné vyvinout inovativní procesy, jako je RP. Charles Hull, který v roce 1986 pomohl založit 3D Systems, vyvinul první proces RP. Tento proces, nazývaný stereolitografie, vytváří objekty vytvrzováním tenkých po sobě jdoucích vrstev určitého ultrafialového záření. na světlo citlivé kapalné pryskyřice s laserem s nízkým výkonem. Se zavedením RP by mohly pevné CAD modely najednou ožít “.

Technologie označované jako Solid Freeform Fabrication dnes poznáváme jako rychlé prototypování, 3D tisk nebo aditivní výrobu : Swainson (1977), Schwerzel (1984) pracovali na polymeraci fotocitlivého polymeru na průsečíku dvou počítačem řízených laserových paprsků . Ciraud (1972) považoval za opláštění slinutým povrchem magnetostatickou nebo elektrostatickou depozici elektronovým paprskem , laserem nebo plazmou . Všechny byly navrženy, ale není známo, zda byly postaveny pracovní stroje. Hideo Kodama z Nagojského městského institutu průmyslového výzkumu byl prvním, kdo publikoval zprávu o solidním modelu vyrobeném pomocí systému rychlého prototypování fotopolymeru (1981). Úplně první 3D rychlý prototypovací systém spoléhající na Fused Deposition Modeling (FDM) byl vyroben v dubnu 1992 společností Stratasys, ale patent byl vydán až 9. června 1992. Společnost Sanders Prototype, Inc představila první stolní inkoustovou 3D tiskárnu (3DP) pomocí vynález ze 4. srpna 1992 (Helinski), Modelmaker 6Pro na konci roku 1993 a poté větší průmyslová 3D tiskárna, Modelmaker 2, v roce 1997. Společnost Z-Corp využívající práškovou vazbu MIT 3DP pro Direct Shell Casting (DSP) vynalezená v roce 1993 byla představena trh v roce 1995. I v té rané době byla technologie považována za místo ve výrobní praxi. Nízké rozlišení a nízká pevnost měly hodnotu při ověřování návrhu, výrobě forem, výrobních přípravcích a dalších oblastech. Výstupy neustále postupují směrem k použití s ​​vyšší specifikací. Společnost Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) začínala jako výrobce 3D tisku s rychlým prototypováním s modelmakerem 6Pro pro vytváření obětních termoplastických vzorů CAD modelů s inkoustovou technologií jedné trysky Drop-On-Demand (DOD).

Neustále se hledají inovace, které by zlepšily rychlost a schopnost zvládat aplikace hromadné výroby. Dramatický vývoj, který RP sdílí s příbuznými oblastmi CNC, je freeware open -sourcing aplikací na vysoké úrovni, které tvoří celý řetězec nástrojů CAD - CAM . Tím byla vytvořena komunita výrobců zařízení s nízkým rozlišením. Hobbyisté dokonce provedli nájezdy do náročnějších návrhů zařízení ovlivněných laserem

Nejstarší seznam RP procesů nebo výrobních technologií publikovaný v roce 1993 napsal Marshall Burns a vysvětluje každý proces velmi důkladně. Pojmenovává také některé technologie, které byly předchůdci jmen v níže uvedeném seznamu. Například: Visual Impact Corporation vyrobila pouze prototyp tiskárny pro nanášení vosku a poté místo toho licencovala patent společnosti Sanders Prototype, Inc. Společnost BPM používala stejné inkoustové trysky a materiály.

Viz také

Reference

Bibliografie

  • Wright, Paul K. (2001). Výroba 21. století . New Jersey: Prentice-Hall Inc.

externí odkazy