Быстрое прототипирование

Машина для быстрого прототипирования с использованием селективного лазерного спекания (SLS).

нарезка 3D модели
Быстрое прототипирование — это группа методов, используемых для быстрого изготовления масштабной модели физической детали или сборки с использованием данных трехмерного автоматизированного проектирования (САПР).Создание детали или сборки обычно выполняется с использованием технологии 3D-печати или «аддитивного производства слоев».

Первые методы быстрого прототипирования стали доступны в середине 1980-х годов и использовались для производства моделей и прототипов деталей.Сегодня они используются для широкого спектра применений и используются для производства деталей производственного качества в относительно небольших количествах, если это необходимо без типичной неблагоприятной краткосрочной экономики.Эта экономика поощряла бюро онлайн-обслуживания.Исторические обзоры технологии RP начинаются с обсуждения методов создания симулякров, используемых скульпторами 19-го века.Некоторые современные скульпторы используют технологию потомства для создания выставок и различных предметов.Возможность воспроизведения дизайна из набора данных привела к проблемам с правами, поскольку теперь можно интерполировать объемные данные из одномерных изображений.

Как и в случае методов вычитания ЧПУ, рабочий процесс автоматизированного проектирования и автоматизированного производства CAD-CAM в традиционном процессе быстрого прототипирования начинается с создания геометрических данных либо в виде 3D-тела с использованием рабочей станции CAD, либо в виде 2D-срезов с использованием сканирующее устройство.Для быстрого прототипирования эти данные должны представлять действительную геометрическую модель;а именно, тот, чьи граничные поверхности заключают в себе конечный объем, не содержат отверстий, открывающих внутреннюю часть, и не загибаются сами на себя.Другими словами, объект должен иметь «внутри».Модель действительна, если для каждой точки в трехмерном пространстве компьютер может однозначно определить, находится ли эта точка внутри, на или вне граничной поверхности модели.Постпроцессоры САПР будут аппроксимировать внутренние геометрические формы САПР поставщиков приложений (например, B-сплайны) с помощью упрощенной математической формы, которая, в свою очередь, выражается в указанном формате данных, который является общей чертой аддитивного производства: формат файла STL, стандарт де-факто для переноса твердотельных геометрических моделей на станки малого форм-фактора.

Чтобы получить необходимые траектории управления движением для управления фактическим SFF, быстрым прототипированием, 3D-печатью или механизмом аддитивного производства, подготовленная геометрическая модель обычно разбивается на слои, а срезы сканируются в линии (создавая «двухмерный чертеж», используемый для создания траектории, как в траектории инструмента ЧПУ), имитируя в обратном порядке процесс физического построения от слоя к слою.

1. Области применения
Быстрое прототипирование также широко применяется в разработке программного обеспечения для опробования новых бизнес-моделей и архитектур приложений, таких как аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, финансовые услуги, разработка продуктов и здравоохранение.Аэрокосмические дизайнеры и промышленные группы полагаются на прототипирование для создания новых методологий AM в отрасли.Используя SLA, они могут быстро сделать несколько версий своих проектов за несколько дней и быстрее приступить к тестированию.Быстрое прототипирование позволяет дизайнерам/разработчикам дать точное представление о том, каким будет готовый продукт, прежде чем тратить слишком много времени и денег на прототип.3D-печать, используемая для быстрого прототипирования, позволяет использовать промышленную 3D-печать.Благодаря этому вы можете быстро откачивать крупногабаритные формы для запасных частей в течение короткого периода времени.

2. История
В 1970-х годах Джозеф Генри Кондон и другие сотрудники Bell Labs разработали Систему проектирования схем Unix (UCDS), автоматизирующую трудоемкую и подверженную ошибкам задачу ручного преобразования чертежей для изготовления печатных плат в целях исследований и разработок.

К 1980-м годам американские политики и промышленные менеджеры были вынуждены принять к сведению, что господство Америки в области производства станков испарилось, что было названо кризисом станков.Многочисленные проекты стремились противостоять этим тенденциям в традиционной области CNC CAM, которая началась в США.Позже, когда Rapid Prototyping Systems переместилась из лабораторий для коммерциализации, было признано, что разработки уже являются международными, и американские компании, занимающиеся быстрым прототипированием, не могут позволить себе роскошь упустить лидерство.Национальный научный фонд был зонтиком для Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), Министерства энергетики США, Министерства торговли США NIST, Министерства обороны США, Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) и Управления Военно-морские исследования координировали исследования, чтобы информировать специалистов по стратегическому планированию в их обсуждениях.Одним из таких отчетов был отчет о быстром прототипировании в Европе и Японии за 1997 год, в котором Джозеф Дж. Биман, основатель DTM Corporation, представляет историческую перспективу:

Корни технологии быстрого прототипирования восходят к топографии и фотоскульптуре.В ТОПОГРАФИИ Блантер (1892) предложил послойный метод изготовления формы для выпуклых рельефных бумажных топографических карт. Процесс включал вырезание контурных линий на серии пластин, которые затем укладывались друг на друга.Мацубара (1974) из Mitsubishi предложил топографический процесс с использованием фотоотверждаемой фотополимерной смолы для формирования уложенных друг на друга тонких слоев для изготовления литейной формы.ФОТОСКУЛЬПТУРА была техникой 19-го века для создания точных трехмерных копий объектов.Наиболее известен Франсуа Виллем (1860 г.), который разместил 24 камеры по кругу и одновременно сфотографировал объект.Затем по силуэту каждой фотографии вырезали копию.Мориока (1935, 1944) разработал гибрид фотоскульптуры и топографического процесса, используя структурированный свет для фотографического создания контурных линий объекта.Затем линии можно было превратить в листы, разрезать и сложить в стопку или спроецировать на исходный материал для вырезания.Процесс Мунца (1956) воспроизводил трехмерное изображение объекта путем выборочного экспонирования, слой за слоем, фотоэмульсии на опускающемся поршне.После фиксации сплошной прозрачный цилиндр содержит изображение предмета.

— Джозеф Дж. Биман
«Истоки быстрого прототипирования — RP проистекают из постоянно растущей индустрии САПР, а точнее, с твердотельного моделирования в САПР.До того, как в конце 1980-х появилось твердотельное моделирование, трехмерные модели создавались с помощью каркасов и поверхностей.Но только после развития настоящего твердотельного моделирования можно было разработать инновационные процессы, такие как RP.Чарльз Халл, который помог основать 3D Systems в 1986 году, разработал первый процесс RP.Этот процесс, называемый стереолитографией, позволяет создавать объекты путем отверждения тонких последовательных слоев определенных жидких смол, чувствительных к ультрафиолетовому излучению, с помощью маломощного лазера.С появлением RP твердотельные модели CAD могут внезапно ожить».

Технологии, называемые Solid Freeform Fabrication, — это то, что сегодня мы называем быстрым прототипированием, 3D-печатью или аддитивным производством: Swainson (1977), Schwerzel (1984) работали над полимеризацией фоточувствительного полимера на пересечении двух управляемых компьютером лазерных лучей.Ciraud (1972) рассматривал магнитостатическое или электростатическое осаждение с помощью электронного луча, лазера или плазмы для покрытия спеченной поверхности.Все они были предложены, но неизвестно, были ли построены рабочие машины.Хидео Кодама из Нагойского муниципального научно-исследовательского института промышленности первым опубликовал отчет о твердотельной модели, изготовленной с использованием фотополимерной системы быстрого прототипирования (1981 г.).Самая первая система быстрого 3D-прототипирования, основанная на моделировании методом наплавления (FDM), была создана в апреле 1992 года компанией Stratasys, но патент не был выдан до 9 июня 1992 года. Sanders Prototype, Inc. представила первый настольный струйный 3D-принтер (3DP) с использованием изобретение от 4 августа 1992 года (Хелински), Modelmaker 6Pro в конце 1993 года, а затем более крупный промышленный 3D-принтер Modelmaker 2 в 1997 году. на рынок в 1995 году. Даже в то время считалось, что эта технология имеет место в производственной практике.Низкое разрешение, низкая выходная мощность имели ценность при проверке конструкции, изготовлении пресс-форм, производственных приспособлениях и других областях.Выходы неуклонно продвигались в сторону использования с более высокими характеристиками.Компания Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) начала свою деятельность как производитель 3D-печати для быстрого прототипирования с помощью Modelmaker 6Pro для изготовления жертвенных термопластичных шаблонов моделей САПР, использующих технологию струйной печати с одним соплом Drop-On-Demand (DOD).

Постоянно ведется поиск инноваций для повышения скорости и способности справляться с приложениями массового производства.Важным достижением, которое RP разделяет с родственными областями ЧПУ, является бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом для приложений высокого уровня, которые составляют целую цепочку инструментов CAD-CAM.Это создало сообщество производителей устройств с низким разрешением.Любители даже пытались разработать более сложные конструкции устройств с лазерным эффектом.

Самый ранний список процессов RP или технологий изготовления, опубликованный в 1993 году, был написан Маршаллом Бернсом и очень подробно объясняет каждый процесс.В нем также названы некоторые технологии, которые были предшественниками названий в списке ниже.Например: Visual Impact Corporation произвела только прототип принтера для нанесения воска, а затем вместо этого передала лицензию на патент компании Sanders Prototype, Inc.В BPM использовались те же струйные принтеры и материалы.