Prototaip pantas

Mesin prototaip pantas menggunakan pensinteran laser terpilih (SLS)

Menghiris model 3D
Prototaip pantas ialah sekumpulan teknik yang digunakan untuk mengarang model skala bahagian fizikal atau pemasangan dengan cepat menggunakan data reka bentuk bantuan komputer (CAD) tiga dimensi.Pembinaan bahagian atau pemasangan biasanya dilakukan menggunakan percetakan 3D atau teknologi "pembuatan lapisan tambahan".

Kaedah pertama untuk prototaip pantas tersedia pada pertengahan 1980-an dan digunakan untuk menghasilkan model dan bahagian prototaip.Hari ini, ia digunakan untuk pelbagai aplikasi dan digunakan untuk mengeluarkan bahagian kualiti pengeluaran dalam jumlah yang agak kecil jika dikehendaki tanpa ekonomi jangka pendek yang tidak menguntungkan biasa.Ekonomi ini telah menggalakkan biro perkhidmatan dalam talian.Tinjauan sejarah teknologi RP bermula dengan perbincangan tentang teknik penghasilan simulacra yang digunakan oleh pengukir abad ke-19.Sesetengah pengukir moden menggunakan teknologi keturunan untuk menghasilkan pameran dan pelbagai objek.Keupayaan untuk menghasilkan semula reka bentuk daripada set data telah menimbulkan isu hak, kerana kini mungkin untuk menginterpolasi data volumetrik daripada imej satu dimensi.

Seperti kaedah tolak CNC, aliran kerja CAD -CAM pembuatan berbantu komputer - pembuatan bantuan komputer dalam proses prototaip pantas tradisional bermula dengan penciptaan data geometri, sama ada sebagai pepejal 3D menggunakan stesen kerja CAD, atau kepingan 2D menggunakan peranti pengimbasan.Untuk prototaip pantas, data ini mesti mewakili model geometri yang sah;iaitu, seseorang yang permukaan sempadannya menutup isipadu terhingga, tidak mengandungi lubang yang mendedahkan bahagian dalam, dan tidak berlipat ke belakang.Dalam erti kata lain, objek mesti mempunyai "dalam".Model ini sah jika bagi setiap titik dalam ruang 3D komputer boleh menentukan secara unik sama ada titik itu terletak di dalam, di atas atau di luar permukaan sempadan model.Pemproses pasca CAD akan menganggarkan bentuk geometri CAD dalaman vendor aplikasi (cth, B-splines) dengan bentuk matematik yang dipermudahkan, yang seterusnya dinyatakan dalam format data tertentu yang merupakan ciri biasa dalam pembuatan aditif: format fail STL, standard de facto untuk memindahkan model geometri pepejal ke mesin SFF.

Untuk mendapatkan trajektori kawalan gerakan yang diperlukan untuk memacu SFF sebenar, prototaip pantas, pencetakan 3D atau mekanisme pembuatan aditif, model geometri yang disediakan biasanya dihiris ke dalam lapisan, dan kepingan diimbas ke dalam garisan (menghasilkan "lukisan 2D" yang digunakan untuk menjana trajektori seperti dalam laluan alat CNC), meniru secara terbalik proses pembinaan fizikal lapisan ke lapisan.

1. Kawasan permohonan
Prototaip pantas juga biasanya digunakan dalam kejuruteraan perisian untuk mencuba model perniagaan baharu dan seni bina aplikasi seperti Aeroangkasa, Automotif, Perkhidmatan Kewangan, Pembangunan Produk dan Penjagaan Kesihatan.Reka bentuk aeroangkasa dan pasukan industri bergantung pada prototaip untuk mencipta metodologi AM baharu dalam industri.Menggunakan SLA mereka boleh membuat berbilang versi projek mereka dengan cepat dalam beberapa hari dan mula menguji dengan lebih cepat.Prototaip Pantas membolehkan pereka bentuk/pembangun memberikan idea yang tepat tentang bagaimana produk siap akan dihasilkan sebelum meletakkan terlalu banyak masa dan wang ke dalam prototaip.Percetakan 3D yang digunakan untuk Prototaip Rapid membolehkan percetakan 3D Perindustrian berlaku.Dengan ini, anda boleh mempunyai acuan berskala besar untuk alat ganti dipam keluar dengan cepat dalam tempoh yang singkat.

2. Sejarah
Pada tahun 1970-an, Joseph Henry Condon dan lain-lain di Bell Labs telah membangunkan Sistem Reka Bentuk Litar Unix (UCDS), mengautomasikan tugas yang sukar dan mudah ralat untuk menukar lukisan secara manual untuk membuat papan litar untuk tujuan penyelidikan dan pembangunan.

Menjelang 1980-an, pembuat dasar dan pengurus industri AS terpaksa mengambil perhatian bahawa penguasaan Amerika dalam bidang pembuatan alat mesin telah hilang, dalam apa yang dinamakan krisis alat mesin.Banyak projek berusaha untuk menentang trend ini di kawasan CNC CAM tradisional, yang telah bermula di AS.Kemudian apabila Sistem Prototaip Rapid berpindah keluar dari makmal untuk dikomersialkan, ia telah diiktiraf bahawa perkembangan telah pun antarabangsa dan syarikat prototaip pantas AS tidak akan mempunyai kemewahan untuk membiarkan petunjuk hilang.Yayasan Sains Kebangsaan adalah payung untuk Pentadbiran Aeronautik dan Angkasa Lepas Kebangsaan (NASA), Jabatan Tenaga AS, Jabatan Perdagangan AS NIST, Jabatan Pertahanan AS, Agensi Projek Penyelidikan Lanjutan Pertahanan (DARPA), dan Pejabat Penyelidikan Tentera Laut menyelaraskan kajian untuk memaklumkan perancang strategik dalam perbincangan mereka.Satu laporan sedemikian ialah Laporan Panel Prototaip Pantas 1997 di Eropah dan Jepun di mana Joseph J. Beaman pengasas DTM Corporation memberikan perspektif sejarah:

Akar-akar teknologi prototaip pantas boleh dikesan kepada amalan dalam topografi dan fotokultur.Dalam TOPOGRAFI Blanther (1892) mencadangkan kaedah berlapis-lapis untuk membuat acuan untuk peta topografi kertas relief yang dinaikkan. Proses ini melibatkan pemotongan garisan kontur pada satu siri plat yang kemudiannya disusun.Matsubara (1974) dari Mitsubishi mencadangkan proses topografi dengan resin fotopolimer pengerasan foto untuk membentuk lapisan nipis yang disusun untuk membuat acuan tuangan.PHOTOSCULPTURE ialah teknik abad ke-19 untuk mencipta replika objek tiga dimensi yang tepat.Paling terkenal Francois Willeme (1860) meletakkan 24 kamera dalam susunan bulat dan pada masa yang sama mengambil gambar objek.Siluet setiap gambar kemudiannya digunakan untuk mengukir replika.Morioka (1935, 1944) membangunkan arca foto hibrid dan proses topografi menggunakan cahaya berstruktur untuk menghasilkan garis kontur objek secara fotografi.Garisan itu kemudiannya boleh dibangunkan menjadi kepingan dan dipotong dan disusun, atau ditayangkan pada bahan stok untuk ukiran.Proses Munz (1956) menghasilkan semula imej tiga dimensi objek dengan mendedahkan secara terpilih, lapisan demi lapisan, emulsi foto pada omboh yang menurun.Selepas menetapkan, silinder telus pepejal mengandungi imej objek.

- Joseph J. Beaman
“Asal-usul Prototaip Pantas – RP berpunca daripada industri CAD yang sentiasa berkembang, lebih khusus lagi, bahagian pemodelan kukuh CAD.Sebelum pemodelan pepejal diperkenalkan pada akhir 1980-an, model tiga dimensi telah dicipta dengan bingkai wayar dan permukaan.Tetapi tidak sehingga pembangunan pemodelan pepejal sebenar boleh proses inovatif seperti RP dibangunkan.Charles Hull, yang membantu menemui Sistem 3D pada tahun 1986, membangunkan proses RP pertama.Proses ini, yang dipanggil stereolitografi, membina objek dengan menyembuhkan lapisan nipis berturut-turut resin cecair sensitif cahaya ultraviolet tertentu dengan laser berkuasa rendah.Dengan pengenalan RP, model pepejal CAD tiba-tiba boleh dihidupkan”.

Teknologi yang dirujuk sebagai Fabrikasi Bentuk Bebas Pepejal ialah apa yang kita kenali hari ini sebagai prototaip pantas, pencetakan 3D atau pembuatan bahan tambahan: Swainson (1977), Schwerzel (1984) mengusahakan pempolimeran polimer fotosensitif di persimpangan dua pancaran laser dikawal komputer.Ciraud (1972) menganggap pemendapan magnetostatik atau elektrostatik dengan pancaran elektron, laser atau plasma untuk pelapisan permukaan tersinter.Ini semua dicadangkan tetapi tidak diketahui sama ada mesin yang berfungsi telah dibina.Hideo Kodama dari Institut Penyelidikan Perindustrian Perbandaran Nagoya adalah yang pertama menerbitkan akaun model pepejal yang direka menggunakan sistem prototaip pantas fotopolimer (1981).Sistem prototaip pantas 3D yang pertama bergantung pada Fused Deposition Modeling (FDM) telah dibuat pada April 1992 oleh Stratasys tetapi paten tidak dikeluarkan sehingga 9 Jun 1992. Sanders Prototype, Inc memperkenalkan Pencetak 3D inkjet desktop pertama (3DP) menggunakan ciptaan dari Ogos 4,1992 (Helinski), Modelmaker 6Pro pada akhir 1993 dan kemudian pencetak 3D perindustrian yang lebih besar, Modelmaker 2, pada tahun 1997. Z-Corp menggunakan pengikatan serbuk MIT 3DP untuk Direct Shell Casting (DSP) yang dicipta pada 1993 telah diperkenalkan kepada pasaran pada tahun 1995. Malah pada tarikh awal itu teknologi itu dilihat mempunyai tempat dalam amalan pembuatan.Resolusi rendah, keluaran kekuatan rendah mempunyai nilai dalam pengesahan reka bentuk, pembuatan acuan, jig pengeluaran dan kawasan lain.Output telah maju secara berterusan ke arah penggunaan spesifikasi yang lebih tinggi.Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) bermula sebagai pengeluar Percetakan 3D Prototaip Rapid dengan Modelmaker 6Pro untuk membuat corak Termoplatik korban model CAD menggunakan teknologi muncung tunggal inkjet Drop-On-Demand (DOD).

Inovasi sentiasa dicari, untuk meningkatkan kelajuan dan keupayaan untuk menghadapi aplikasi pengeluaran besar-besaran.Perkembangan dramatik yang dikongsi RP dengan kawasan CNC yang berkaitan ialah perisian percuma sumber terbuka bagi aplikasi peringkat tinggi yang membentuk keseluruhan rantai alat CAD-CAM.Ini telah mewujudkan komuniti pengeluar peranti resolusi rendah.Penggemar malah telah membuat terobosan ke dalam reka bentuk peranti kesan laser yang lebih mencabar

Senarai terawal Proses RP atau Teknologi Fabrikasi yang diterbitkan pada tahun 1993 telah ditulis oleh Marshall Burns dan menerangkan setiap proses dengan sangat teliti.Ia juga menamakan beberapa teknologi yang menjadi pelopor kepada nama dalam senarai di bawah.Sebagai Contoh: Visual Impact Corporation hanya menghasilkan pencetak prototaip untuk pemendapan lilin dan kemudian melesenkan paten itu kepada Sanders Prototype, Inc.BPM menggunakan inkjet dan bahan yang sama.