Snabb prototypframställning

En snabb prototypmaskin som använder selektiv lasersintring (SLS)

3D-modell skivning
Rapid prototyping är en grupp av tekniker som används för att snabbt tillverka en skalenlig modell av en fysisk del eller sammansättning med hjälp av tredimensionell datorstödd design (CAD)-data.Konstruktionen av delen eller monteringen görs vanligtvis med hjälp av 3D-utskrift eller "tillverkningsteknik för additivt lager".

De första metoderna för snabb prototypframställning blev tillgängliga i mitten av 1980-talet och användes för att producera modeller och prototypdelar.Idag används de för ett brett spektrum av applikationer och används för att tillverka delar av produktionskvalitet i relativt litet antal om så önskas utan den typiska ogynnsamma kortsiktiga ekonomin.Denna ekonomi har uppmuntrat onlineservicebyråer.Historiska undersökningar av RP-teknik börjar med diskussioner om simulacraproduktionstekniker som används av 1800-talsskulptörer.Vissa moderna skulptörer använder avkomsteknologin för att producera utställningar och olika föremål.Möjligheten att reproducera design från ett dataset har gett upphov till rättighetsfrågor, eftersom det nu är möjligt att interpolera volymetriska data från endimensionella bilder.

Precis som med CNC-subtraktiva metoder, börjar det datorstödda designen – datorstödda tillverknings-CAD-CAM-arbetsflödet i den traditionella snabba prototypprocessen med skapandet av geometriska data, antingen som ett 3D-material med hjälp av en CAD-arbetsstation, eller 2D-skivor med en skanningsenhet.För snabb prototypframställning måste dessa data representera en giltig geometrisk modell;nämligen en vars gränsytor omsluter en ändlig volym, inte innehåller några hål som exponerar det inre och inte viker sig tillbaka på sig själva.Objektet måste med andra ord ha en "insida".Modellen är giltig om datorn för varje punkt i 3D-rymden unikt kan avgöra om den punkten ligger innanför, på eller utanför modellens gränsyta.CAD-efterbehandlare kommer att approximera applikationsleverantörernas interna CAD-geometriska former (t.ex. B-splines) med en förenklad matematisk form, som i sin tur uttrycks i ett specificerat dataformat som är ett vanligt inslag i additiv tillverkning: STL-filformat, en de facto standard för att överföra solida geometriska modeller till SFF-maskiner.

För att erhålla de nödvändiga rörelsestyrningsbanorna för att driva den faktiska SFF, snabb prototypframställning, 3D-utskrift eller additiv tillverkningsmekanism, skivas den förberedda geometriska modellen vanligtvis i lager och skivorna skannas till linjer (som producerar en "2D-ritning" som används för att generera bana som i CNC:s verktygsbana), efterliknar den fysiska byggprocessen lager-till-lager.

1. Användningsområden
Rapid prototyping används också ofta inom mjukvaruteknik för att testa nya affärsmodeller och applikationsarkitekturer som flyg, bilar, finansiella tjänster, produktutveckling och hälsovård.Flygdesign- och industriteam förlitar sig på prototyper för att skapa nya AM-metoder i branschen.Med hjälp av SLA kan de snabbt göra flera versioner av sina projekt på några dagar och börja testa snabbare.Rapid Prototyping tillåter designers/utvecklare att ge en korrekt uppfattning om hur den färdiga produkten kommer att bli innan de lägger för mycket tid och pengar på prototypen.3D-utskrift som används för Rapid Prototyping möjliggör industriell 3D-utskrift.Med detta skulle du kunna få storskaliga formar till reservdelar att pumpas ut snabbt inom en kort tidsperiod.

2. Historia
På 1970-talet utvecklade Joseph Henry Condon och andra på Bell Labs Unix Circuit Design System (UCDS), som automatiserade den mödosamma och felbenägna uppgiften att manuellt konvertera ritningar för att tillverka kretskort för forskning och utveckling.

På 1980-talet tvingades amerikanska beslutsfattare och industrichefer notera att USA:s dominans inom verktygsmaskinstillverkningen försvann, i det som kallades verktygsmaskinskrisen.Många projekt försökte motverka dessa trender i det traditionella CNC CAM-området, som hade börjat i USA.Senare när Rapid Prototyping Systems flyttade ut från laboratorier för att kommersialiseras, insåg man att utvecklingen redan var internationell och amerikanska snabbprototypföretag skulle inte ha lyxen att låta ett bly glida undan.National Science Foundation var ett paraply för National Aeronautics and Space Administration (NASA), US Department of Energy, US Department of Commerce NIST, US Department of Defense, Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) och kontoret för Naval Research samordnade studier för att informera strategiska planerare i deras överväganden.En sådan rapport var 1997 Rapid Prototyping in Europe and Japan Panel Report där Joseph J. Beamans grundare av DTM Corporation ger ett historiskt perspektiv:

Rötterna till snabb prototypteknik kan spåras till praktiker inom topografi och fotoskulptur.Inom TOPOGRAFI föreslog Blanther (1892) en skiktad metod för att göra en form för topografiska kartor av reliefpapper. Processen involverade att skära konturlinjerna på en serie plattor som sedan staplades.Matsubara (1974) från Mitsubishi föreslog en topografisk process med ett fotohärdande fotopolymerharts för att bilda tunna lager staplade för att göra en gjutform.FOTOSKULPTUR var en teknik från 1800-talet för att skapa exakta tredimensionella repliker av föremål.Mest berömd Francois Willeme (1860) placerade 24 kameror i en cirkulär array och fotograferade samtidigt ett objekt.Silhuetten av varje fotografi användes sedan för att rista en replik.Morioka (1935, 1944) utvecklade en hybrid fotoskulptur och topografisk process med hjälp av strukturerat ljus för att fotografiskt skapa konturlinjer av ett objekt.Linjerna kunde sedan utvecklas till ark och skäras och staplas, eller projiceras på lagermaterial för snidning.Munz (1956) Process återgav en tredimensionell bild av ett föremål genom att selektivt exponera, lager för lager, en fotoemulsion på en sänkkolv.Efter fixering innehåller en solid transparent cylinder en bild av föremålet.

— Joseph J. Beaman
“Ursprunget till Rapid Prototyping – RP härrör från den ständigt växande CAD-industrin, närmare bestämt den solida modelleringssidan av CAD.Innan solid modellering introducerades i slutet av 1980-talet skapades tredimensionella modeller med trådramar och ytor.Men inte förrän utvecklingen av äkta solid modellering kunde innovativa processer som RP utvecklas.Charles Hull, som var med och grundade 3D Systems 1986, utvecklade den första RP-processen.Denna process, som kallas stereolitografi, bygger föremål genom att härda tunna på varandra följande lager av vissa ultraviolett ljuskänsliga flytande hartser med en lågeffektlaser.Med introduktionen av RP kunde CAD solida modeller plötsligt komma till liv”.

Teknikerna som kallas Solid Freeform Fabrication är vad vi idag känner igen som snabb prototypframställning, 3D-utskrift eller additiv tillverkning: Swainson (1977), Schwerzel (1984) arbetade med polymerisation av en ljuskänslig polymer i skärningspunkten mellan två datorstyrda laserstrålar.Ciraud (1972) övervägde magnetostatisk eller elektrostatisk avsättning med elektronstråle, laser eller plasma för sintrad ytbeklädnad.Dessa föreslogs alla men det är okänt om fungerande maskiner byggdes.Hideo Kodama från Nagoya Municipal Industrial Research Institute var den första som publicerade en redogörelse för en solid modell tillverkad med hjälp av ett snabbt prototypsystem för fotopolymer (1981).Det allra första snabba 3D-prototypsystemet som förlitar sig på Fused Deposition Modeling (FDM) gjordes i april 1992 av Stratasys men patentet utfärdades inte förrän den 9 juni 1992. Sanders Prototype, Inc introducerade den första stationära bläckstråleskrivaren 3D (3DP) med en uppfinning från 4 augusti 1992 (Helinski), Modelmaker 6Pro i slutet av 1993 och sedan den större industriella 3D-skrivaren, Modelmaker 2, 1997. Z-Corp som använder MIT 3DP-pulverbindningen för Direct Shell Casting (DSP) som uppfanns 1993 introducerades för att marknaden 1995. Redan vid det tidiga datumet ansågs tekniken ha en plats i tillverkningspraktiken.En låg upplösning, låg hållfasthet hade värde i designverifiering, formtillverkning, tillverkning av jiggar och andra områden.Utgångar har stadigt avancerat mot användningar med högre specifikationer.Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) startade som en Rapid Prototyping 3D Printing-tillverkare med Modelmaker 6Pro för att göra offer termoplastiska mönster av CAD-modeller använder Drop-On-Demand (DOD) bläckstråleteknik med enkelmunstycke.

Innovationer eftersträvas ständigt, för att förbättra hastigheten och förmågan att klara av massproduktionstillämpningar.En dramatisk utveckling som RP delar med relaterade CNC-områden är freeware open-sourcing av högnivåapplikationer som utgör en hel CAD-CAM-verktygskedja.Detta har skapat en gemenskap av enhetstillverkare med låg upplösning.Hobbyister har till och med gjort utflykter till mer krävande laserutvecklade enhetsdesigner

Den tidigaste listan över RP-processer eller tillverkningsteknologier som publicerades 1993 skrevs av Marshall Burns och förklarar varje process mycket noggrant.Den namnger också några tekniker som var föregångare till namnen på listan nedan.Till exempel: Visual Impact Corporation producerade bara en prototypskrivare för vaxavsättning och licensierade sedan patentet till Sanders Prototype, Inc.BPM använde samma bläckstråleskrivare och material.