Брза израда прототипа

Брза машина за израду прототипова која користи селективно ласерско синтеровање (СЛС)

Сечење 3Д модела
Брза израда прототипа је група техника које се користе за брзу израду модела физичког дела или склопа користећи тродимензионални компјутерски подржани дизајн (ЦАД) података.Конструкција дела или склопа се обично врши коришћењем 3Д штампања или технологије „производње адитивног слоја“.

Прве методе за брзу израду прототипа постале су доступне средином 1980-их и коришћене су за производњу модела и делова прототипа.Данас се користе за широк спектар примена и користе се за производњу делова квалитета производње у релативно малом броју ако се то жели без типичне неповољне краткорочне економије.Ова економија је подстакла бирое за онлајн услуге.Историјски прегледи РП технологије почињу дискусијама о техникама производње симулакрума које су користили вајари из 19. века.Неки савремени вајари користе технологију потомака за производњу изложби и разних предмета.Могућност репродукције дизајна из скупа података довела је до питања права, јер је сада могуће интерполирати волуметријске податке из једнодимензионалних слика.

Као и код ЦНЦ субтрактивних метода, ЦАД-ЦАМ радни ток компјутерски потпомогнутог дизајна – компјутерски потпомогнуте производње у традиционалном брзом процесу израде прототипова почиње креирањем геометријских података, било као 3Д чврстог тела користећи ЦАД радну станицу, или 2Д резова користећи уређај за скенирање.За брзу израду прототипа ови подаци морају представљати валидан геометријски модел;наиме, онај чије граничне површине обухватају коначан волумен, не садрже рупе које би откривале унутрашњост и не савијају се на себе.Другим речима, објекат мора имати „унутрашњост“.Модел је валидан ако за сваку тачку у 3Д простору рачунар може јединствено одредити да ли та тачка лежи унутар, на или изван граничне површине модела.ЦАД постпроцесори ће апроксимирати интерне ЦАД геометријске форме добављача апликација (нпр. Б-сплине) са поједностављеним математичким обликом, који се заузврат изражава у одређеном формату података који је уобичајена карактеристика у адитивној производњи: СТЛ формат датотеке, де фацто стандард за пренос чврстих геометријских модела на СФФ машине.

Да би се добиле потребне путање контроле кретања за покретање стварног СФФ-а, брзог израде прототипа, 3Д штампања или механизма за адитивну производњу, припремљени геометријски модел се обично сече на слојеве, а резови се скенирају у линије (производећи „2Д цртеж“ који се користи за генерисање путања као у ЦНЦ-овој путањи алата), опонашајући у обрнутом смеру физички процес изградње од слоја до слоја.

1. Области примене
Брза израда прототипа се такође обично примењује у софтверском инжењерингу како би се испробали нови пословни модели и архитектуре апликација као што су ваздухопловство, аутомобилска индустрија, финансијске услуге, развој производа и здравство.Дизајнерски и индустријски тимови у ваздухопловству се ослањају на израду прототипа како би креирали нове АМ методологије у индустрији.Користећи СЛА, они могу брзо направити више верзија својих пројеката за неколико дана и почети брже тестирање.Брза израда прототипа омогућава дизајнерима/програмерима да дају тачну представу о томе како ће готов производ испасти пре него што уложе превише времена и новца у прототип.3Д штампање које се користи за брзу израду прототипа омогућава индустријско 3Д штампање.Уз то, могли бисте имати велике калупе за резервне делове који се брзо испумпају у кратком временском периоду.

2. Историја
Током 1970-их, Џозеф Хенри Кондон и други из Белл Лабс-а развили су Уник систем за пројектовање кола (УЦДС), аутоматизујући напоран и склон грешкама задатак ручног претварања цртежа у производњу штампаних плоча за потребе истраживања и развоја.

До 1980-их, амерички креатори политике и индустријски менаџери били су приморани да примете да је америчка доминација у области производње машина алатки испарила, у ономе што је названо криза машина алатки.Бројни пројекти су настојали да се супротставе овим трендовима у традиционалној ЦНЦ ЦАМ области, која је почела у САД.Касније, када су Рапид Прототипинг Системс изашли из лабораторија да би били комерцијализовани, постало је познато да је развој већ интернационалан и да америчке компаније за брзу израду прототипа неће имати луксуз да пусте потенцијал да измакне.Национална научна фондација била је кровна организација Националне администрације за аеронаутику и свемир (НАСА), америчког Министарства енергетике, америчког Министарства трговине НИСТ, Министарства одбране САД, Агенције за напредна истраживања у области одбране (ДАРПА) и Канцеларије за Навал Ресеарцх је координирао студије како би информисао стратешке планере у њиховим разматрањима.Један такав извештај био је Извештај панела Рапид Прототипинг ин Еуропе анд Јапан Панел Репорт из 1997. године у коме Џозеф Ј. Биман, оснивач ДТМ Цорпоратион, даје историјску перспективу:

Корени технологије брзе израде прототипова могу се пратити у пракси у топографији и фотоскулптури.У оквиру ТОПОГРАФИЈЕ Блантер (1892) је предложио слојевиту методу за прављење калупа за топографске карте од папира са издигнутим рељефом. Процес је укључивао сечење контурних линија на низу плоча које су затим слагане.Матсубара (1974) из Митсубисхија је предложио топографски процес са фотополимерном смолом која се стврдњава да би се формирали танки слојеви наслагани да би се направио калуп за ливење.ФОТОСКУЛПТУРА је била техника из 19. века за стварање тачних тродимензионалних реплика објеката.Најпознатији Франсоа Вилем (1860) поставио је 24 камере у кружни низ и истовремено фотографисао објекат.Силуета сваке фотографије је затим коришћена за изрезивање реплике.Мориока (1935, 1944) је развио хибридну фото скулптуру и топографски процес користећи структурирано светло за фотографски креирање контурних линија објекта.Линије би се затим могле развити у листове и исећи и сложити, или пројектовати на основни материјал за резбарење.Мунц (1956) процес је репродуковао тродимензионалну слику објекта селективним излагањем, слој по слој, фото емулзију на клипу за спуштање.Након фиксирања, чврсти провидни цилиндар садржи слику објекта.

— Јосепх Ј. Беаман
„Порекло брзе израде прототипа – РП потиче из све веће ЦАД индустрије, тачније, чврсте стране моделирања ЦАД-а.Пре него што је уведено солидно моделирање касних 1980-их, креирани су тродимензионални модели са жичаним оквирима и површинама.Али тек развојем истинског солидног моделирања не би се могли развити иновативни процеси као што је РП.Чарлс Хал, који је помогао у оснивању 3Д система 1986. године, развио је први РП процес.Овај процес, назван стереолитографија, гради објекте очвршћавањем танких узастопних слојева одређених течних смола осетљивих на ултраљубичасто светло помоћу ласера ​​мале снаге.Са увођењем РП-а, ЦАД чврсти модели би изненада могли да оживе”.

Технологије које се називају Солид Фрееформ Фабрицатион су оно што данас препознајемо као брзу израду прототипа, 3Д штампање или адитивну производњу: Сваинсон (1977), Сцхверзел (1984) су радили на полимеризацији фотоосетљивог полимера на пресеку два компјутерски контролисана ласерска зрака.Цирауд (1972) разматра магнетостатичко или електростатичко таложење електронским снопом, ласером или плазмом за синтеровану површинску облогу.Све су то биле предложене, али није познато да ли су направљене радне машине.Хидео Кодама са Института за индустријска истраживања општине Нагоја био је први који је објавио извештај о чврстом моделу направљеном коришћењем система за брзу израду прототипова фотополимера (1981).Први 3Д систем за брзу израду прототипа који се ослања на моделирање фузионисаног таложења (ФДМ) направио је у априлу 1992. године од стране Стратасис-а, али патент је издат тек 9. јуна 1992. Сандерс Прототипе, Инц је представио први десктоп инкјет 3Д штампач (3ДП) користећи изум од 4. августа 1992. (Хелински), Моделмакер 6Про крајем 1993. и затим већи индустријски 3Д штампач, Моделмакер 2, 1997. године. З-Цорп који користи везивање праха МИТ 3ДП за директно ливење шкољке (ДСП) измишљен је 1993. тржиште 1995. Чак и у том раном периоду сматрало се да технологија има место у производној пракси.Ниска резолуција, мала снага излаза су имали вредност у верификацији дизајна, изради калупа, производним шаблонима и другим областима.Излази су стално напредовали ка употреби са вишим спецификацијама.Сандерс Прототипе, Инц. (Солидсцапе) је започео као произвођач брзог прототипа 3Д штампања са Моделмакер 6Про за прављење жртвованих термопластичних шаблона ЦАД модела који користи технологију Дроп-Он-Деманд (ДОД) инкјет са једном млазницом.

Иновације се стално траже, како би се побољшала брзина и способност да се носи са апликацијама масовне производње.Драматични развој који РП дели са сродним ЦНЦ областима је бесплатни опен-соурцинг апликација високог нивоа које чине читав ЦАД-ЦАМ ланац алата.Ово је створило заједницу произвођача уређаја ниске резолуције.Хобисти су чак направили походе на захтевније дизајне уређаја са ласерским ефектом

Најранију листу РП процеса или Фабрицатион Тецхнологиес објављену 1993. написао је Марсхалл Бурнс и сваки процес објашњава веома детаљно.Такође наводи неке технологије које су биле претече имена на листи испод.На пример: Висуал Импацт Цорпоратион је произвела само прототип штампача за наношење воска, а затим је уместо тога лиценцирала патент Сандерс Прототипе, Инц.БПМ је користио исте инкјет и материјале.