Brza izrada prototipa

Brza mašina za izradu prototipa koja koristi selektivno lasersko sinterovanje (SLS)

Rezanje 3D modela
Brza izrada prototipa je grupa tehnika koje se koriste za brzu izradu modela fizičkog dijela ili sklopa koristeći trodimenzionalni kompjuterski potpomognut dizajn (CAD) podataka.Konstrukcija dijela ili sklopa se obično vrši korištenjem 3D printanja ili tehnologije “proizvodnje aditivnog sloja”.

Prve metode za brzu izradu prototipa postale su dostupne sredinom 1980-ih i korištene su za proizvodnju modela i dijelova prototipa.Danas se koriste za širok spektar primjena i koriste se za proizvodnju kvalitetnih dijelova u relativno malom broju ako se to želi bez tipične nepovoljne kratkoročne ekonomije.Ova ekonomija je ohrabrila biroe za online usluge.Istorijski pregledi RP tehnologije počinju raspravama o tehnikama proizvodnje simulakruma koje su koristili kipari iz 19. stoljeća.Neki moderni kipari koriste tehnologiju potomaka za izradu izložbi i raznih predmeta.Mogućnost reprodukcije dizajna iz skupa podataka dovela je do pitanja prava, jer je sada moguće interpolirati volumetrijske podatke iz jednodimenzionalnih slika.

Kao i kod CNC subtraktivnih metoda, CAD-CAM radni tok kompjuterski potpomognutog dizajna – kompjuterski potpomognute proizvodnje u tradicionalnom brzom procesu izrade prototipova počinje kreiranjem geometrijskih podataka, bilo kao 3D čvrstog tijela pomoću CAD radne stanice, ili 2D rezova koristeći uređaj za skeniranje.Za brzu izradu prototipa ovi podaci moraju predstavljati validan geometrijski model;naime, onaj čije granične površine obuhvataju konačan volumen, ne sadrže rupe koje bi otkrivale unutrašnjost i ne savijaju se na sebe.Drugim riječima, objekat mora imati „unutrašnjost“.Model je važeći ako za svaku tačku u 3D prostoru računar može jedinstveno odrediti da li ta tačka leži unutar, na ili izvan granične površine modela.CAD postprocesori će aproksimirati interne CAD geometrijske forme dobavljača aplikacija (npr. B-spline) sa pojednostavljenim matematičkim oblikom, koji se zauzvrat izražava u specificiranom formatu podataka koji je uobičajena karakteristika u aditivnoj proizvodnji: STL format datoteke, de facto standard za prijenos čvrstih geometrijskih modela na SFF mašine.

Da bi se dobile potrebne putanje kontrole kretanja za pokretanje stvarnog SFF-a, brze izrade prototipa, 3D štampanja ili mehanizma aditivne proizvodnje, pripremljeni geometrijski model se obično reže na slojeve, a rezovi se skeniraju u linije (proizvodeći „2D crtež“ koji se koristi za generisanje putanja kao u CNC-ovoj putanji alata), oponašajući u obrnutom smjeru proces fizičke izgradnje od sloja do sloja.

1. Područja primjene
Brza izrada prototipa se također obično primjenjuje u softverskom inženjerstvu kako bi se isprobali novi poslovni modeli i arhitekture aplikacija kao što su zrakoplovstvo, automobilska industrija, financijske usluge, razvoj proizvoda i zdravstvo.Dizajnerski i industrijski timovi u zrakoplovstvu oslanjaju se na izradu prototipa kako bi stvorili nove AM metodologije u industriji.Koristeći SLA, oni mogu brzo napraviti više verzija svojih projekata za nekoliko dana i početi brže testiranje.Brza izrada prototipa omogućava dizajnerima/programerima da daju tačnu ideju o tome kako će gotov proizvod ispasti prije nego što ulože previše vremena i novca u prototip.3D štampa koja se koristi za brzu izradu prototipa omogućava industrijsko 3D štampanje.Uz to, mogli biste imati velike kalupe za rezervne dijelove koji se brzo ispumpaju u kratkom vremenskom periodu.

2. Istorija
Tokom 1970-ih, Joseph Henry Condon i drugi iz Bell Labs-a razvili su Unix Circuit Design System (UCDS), automatizirajući naporan i sklon greškama zadatak ručnog pretvaranja crteža u proizvodnju ploča za kola za potrebe istraživanja i razvoja.

Do 1980-ih, američki kreatori politike i industrijski menadžeri bili su primorani da primete da je američka dominacija u oblasti proizvodnje mašina alatki nestala, u onome što je nazvano kriza mašina alatki.Brojni projekti nastojali su se suprotstaviti ovim trendovima u tradicionalnoj CNC CAM oblasti, koja je započela u SAD-u.Kasnije, kada su se Rapid Prototyping Systems iselili iz laboratorija kako bi bili komercijalizovani, postalo je poznato da je razvoj već bio međunarodni i američke kompanije za brzu izradu prototipa neće imati luksuz da puste trag.Nacionalna naučna fondacija bila je okrilje Nacionalne uprave za aeronautiku i svemir (NASA), američkog Ministarstva energetike, američkog ministarstva trgovine NIST, američkog ministarstva obrane, agencije za napredne odbrambene projekte (DARPA) i ureda Naval Research je koordinirao studije kako bi informirao strateške planere u njihovim promišljanjima.Jedan od takvih izvještaja bio je izvještaj panela Rapid Prototyping in Europe and Japan Panel Report iz 1997. godine u kojem Joseph J. Beaman, osnivač DTM Corporation, daje istorijsku perspektivu:

Korijeni tehnologije brze izrade prototipova mogu se pratiti u praksi u topografiji i fotoskulpturi.Unutar TOPOGRAFIJE Blanther (1892) je predložio slojevitu metodu za izradu kalupa za topografske karte od papira sa podignutim reljefom. Proces je uključivao sečenje konturnih linija na nizu ploča koje su se zatim naslagale.Matsubara (1974) iz Mitsubishija je predložio topografski proces sa fotopolimernom smolom koja se stvrdnjava za formiranje tankih slojeva naslaganih kako bi se napravio kalup za livenje.FOTOSKULPTURA je bila tehnika iz 19. stoljeća za stvaranje tačnih trodimenzionalnih replika objekata.Najpoznatiji Francois Willeme (1860) postavio je 24 kamere u kružni niz i istovremeno fotografisao objekat.Silueta svake fotografije je zatim korištena za izrezivanje replike.Morioka (1935, 1944) razvio je hibridnu fotoskulpturu i topografski proces koristeći strukturirano svjetlo za fotografski kreiranje konturnih linija objekta.Linije bi se zatim mogle razviti u listove i rezati i slagati, ili projicirati na osnovni materijal za rezbarenje.Proces Munz (1956) reprodukovao je trodimenzionalnu sliku objekta selektivnim izlaganjem, sloj po sloj, foto emulzije na klipu za spuštanje.Nakon fiksiranja, čvrsti prozirni cilindar sadrži sliku objekta.

— Joseph J. Beaman
„Poreklo brze izrade prototipa – RP proizilazi iz stalno rastuće CAD industrije, tačnije, strane solidnog modeliranja CAD-a.Prije nego što je uvedeno solidno modeliranje kasnih 1980-ih, kreirani su trodimenzionalni modeli sa žičanim okvirima i površinama.Ali tek razvojem pravog solidnog modeliranja mogli bi se razviti inovativni procesi kao što je RP.Charles Hull, koji je pomogao u osnivanju 3D sistema 1986. godine, razvio je prvi RP proces.Ovaj proces, nazvan stereolitografija, gradi objekte očvršćavanjem tankih uzastopnih slojeva određenih tekućih smola osjetljivih na ultraljubičasto svjetlo laserom male snage.Sa uvođenjem RP-a, CAD čvrsti modeli bi odjednom mogli zaživjeti”.

Tehnologije koje se nazivaju Solid Freeform Fabrication su ono što danas prepoznajemo kao brzu izradu prototipa, 3D štampanje ili aditivnu proizvodnju: Swainson (1977), Schwerzel (1984) su radili na polimerizaciji fotoosjetljivog polimera na sjecištu dva kompjuterski kontrolirana laserska zraka.Ciraud (1972) je razmatrao magnetostatičko ili elektrostatičko taloženje elektronskim snopom, laserom ili plazmom za sinterovanu površinsku oblogu.Sve su to bile predložene, ali nije poznato da li su napravljene radne mašine.Hideo Kodama iz Nagoya Municipal Industrial Research Institute bio je prvi koji je objavio prikaz čvrstog modela proizvedenog pomoću sistema za brzu izradu prototipa fotopolimera (1981).Prvi 3D brzi sistem za izradu prototipa koji se oslanja na modeliranje fuzije taloženja (FDM) napravio je u aprilu 1992. godine od strane Stratasys-a, ali patent je izdat tek 9. juna 1992. Sanders Prototype, Inc je predstavio prvi desktop inkjet 3D štampač (3DP) koristeći izum od 4. avgusta 1992. (Helinski), Modelmaker 6Pro krajem 1993. i zatim veći industrijski 3D štampač, Modelmaker 2, 1997. godine. Z-Corp koji koristi MIT 3DP vezivanje praha za direktno livenje ljuske (DSP) izmišljen je 1993. tržište 1995. Čak i u tom ranom periodu smatralo se da tehnologija ima svoje mjesto u proizvodnoj praksi.Niska rezolucija, niska čvrstoća imala je vrijednost u verifikaciji dizajna, izradi kalupa, proizvodnji šablona i drugim područjima.Izlasci su stalno napredovali prema upotrebi sa višim specifikacijama.Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) je započeo kao proizvođač brzog prototipa 3D štampanja sa Modelmaker 6Pro za pravljenje žrtvovanih termoplastičnih uzoraka CAD modela koji koristi tehnologiju Drop-On-Demand (DOD) inkjet sa jednom mlaznicom.

Inovacije se stalno traže, kako bi se poboljšala brzina i sposobnost suočavanja sa aplikacijama masovne proizvodnje.Dramatičan razvoj koji RP dijeli sa srodnim CNC područjima je besplatni open-sourcing aplikacija visokog nivoa koje čine cijeli CAD-CAM lanac alata.Ovo je stvorilo zajednicu proizvođača uređaja niske rezolucije.Hobisti su čak napravili pohode na zahtjevnije dizajne uređaja s laserskim efektom

Najraniji spisak RP procesa ili Fabrication Technologies objavljen 1993. godine napisao je Marshall Burns i svaki proces objašnjava vrlo detaljno.Takođe navodi neke tehnologije koje su bile preteče imena na listi ispod.Na primjer: Visual Impact Corporation je proizvela samo prototip štampača za nanošenje voska, a zatim je umjesto toga licencirala patent Sanders Prototype, Inc.BPM je koristio iste inkjet i materijale.