Hurtig prototyping

En hurtig prototypemaskin som bruker selektiv lasersintring (SLS)

3D-modellskjæring
Rapid prototyping er en gruppe teknikker som brukes til raskt å fremstille en skalamodell av en fysisk del eller sammenstilling ved å bruke tredimensjonale datastøttet design (CAD) data.Konstruksjon av delen eller sammenstillingen gjøres vanligvis ved hjelp av 3D-utskrift eller "additive layer manufacturing" teknologi.

De første metodene for rask prototyping ble tilgjengelig på midten av 1980-tallet og ble brukt til å produsere modeller og prototypedeler.I dag brukes de til et bredt spekter av bruksområder og brukes til å produsere deler av produksjonskvalitet i relativt små antall om ønskelig uten den typiske ugunstige kortsiktige økonomien.Denne økonomien har oppmuntret nettbaserte tjenestebyråer.Historiske undersøkelser av RP-teknologi starter med diskusjoner om simulacra-produksjonsteknikker brukt av skulptører fra 1800-tallet.Noen moderne skulptører bruker avkomsteknologien til å produsere utstillinger og ulike gjenstander.Muligheten til å reprodusere design fra et datasett har gitt opphav til rettighetsspørsmål, ettersom det nå er mulig å interpolere volumetriske data fra endimensjonale bilder.

Som med CNC-subtraktive metoder, starter datamaskinassistert design – dataassistert produksjon CAD -CAM arbeidsflyt i den tradisjonelle raske prototypingsprosessen med å lage geometriske data, enten som et 3D solid ved hjelp av en CAD arbeidsstasjon, eller 2D skiver ved hjelp av en skanneenhet.For rask prototyping må disse dataene representere en gyldig geometrisk modell;nemlig en hvis grenseflater omslutter et begrenset volum, inneholder ingen hull som avslører interiøret, og ikke folder seg tilbake på seg selv.Objektet må med andre ord ha en "innside".Modellen er gyldig hvis datamaskinen for hvert punkt i 3D-rommet kan bestemme unikt om det punktet ligger innenfor, på eller utenfor grenseoverflaten til modellen.CAD-postprosessorer vil tilnærme applikasjonsleverandørenes interne CAD-geometriske former (f.eks. B-splines) med en forenklet matematisk form, som igjen uttrykkes i et spesifisert dataformat som er et vanlig trekk ved additiv produksjon: STL-filformat, en de facto standard for overføring av solide geometriske modeller til SFF-maskiner.

For å oppnå de nødvendige bevegelseskontrollbanene for å drive den faktiske SFF, rask prototyping, 3D-utskrift eller additiv produksjonsmekanisme, blir den forberedte geometriske modellen vanligvis delt opp i lag, og skivene skannes til linjer (som produserer en "2D-tegning" som brukes til å generere bane som i CNCs verktøybane), etterligner i omvendt den fysiske byggeprosessen lag-til-lag.

1. Bruksområder
Rask prototyping brukes også ofte i programvareteknikk for å prøve ut nye forretningsmodeller og applikasjonsarkitekturer som romfart, bilindustri, finansielle tjenester, produktutvikling og helsetjenester.Aerospace design og industrielle team er avhengige av prototyping for å skape nye AM-metodikker i bransjen.Ved å bruke SLA kan de raskt lage flere versjoner av prosjektene sine på noen få dager og begynne å teste raskere.Rapid Prototyping lar designere/utviklere gi en nøyaktig idé om hvordan det ferdige produktet vil slå ut før de legger for mye tid og penger i prototypen.3D-utskrift som brukes til Rapid Prototyping gjør at industriell 3D-utskrift kan finne sted.Med dette kan du få store støpeformer til reservedeler som pumpes raskt ut i løpet av kort tid.

2. Historie
På 1970-tallet utviklet Joseph Henry Condon og andre ved Bell Labs Unix Circuit Design System (UCDS), og automatiserte den møysommelige og feilutsatte oppgaven med å manuelt konvertere tegninger for å fremstille kretskort for forskning og utvikling.

På 1980-tallet ble amerikanske beslutningstakere og industriledere tvunget til å legge merke til at USAs dominans innen produksjon av verktøymaskiner forsvant, i det som ble kalt maskinverktøykrisen.Tallrike prosjekter forsøkte å motvirke disse trendene i det tradisjonelle CNC CAM-området, som hadde begynt i USA.Senere da Rapid Prototyping Systems flyttet ut av laboratorier for å bli kommersialisert, ble det anerkjent at utviklingen allerede var internasjonal, og amerikanske hurtigprototypingselskaper ville ikke ha den luksusen å la et lead slippe unna.National Science Foundation var en paraply for 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) og Office of Naval Research koordinerte studier for å informere strategiske planleggere i deres overveielser.En slik rapport var 1997 Rapid Prototyping in Europe and Japan Panel Report, der Joseph J. Beaman grunnlegger av DTM Corporation gir et historisk perspektiv:

Røttene til hurtig prototyping-teknologi kan spores til praksis innen topografi og fotoskulptur.Innenfor TOPOGRAFI foreslo Blanther (1892) en lagdelt metode for å lage en form for topografiske kart av relieffpapir. Prosessen innebar å kutte konturlinjene på en serie plater som deretter ble stablet.Matsubara (1974) fra Mitsubishi foreslo en topografisk prosess med en fotoherdende fotopolymerharpiks for å danne tynne lag stablet for å lage en støpeform.FOTOSKULPTUR var en teknikk fra 1800-tallet for å lage nøyaktige tredimensjonale kopier av objekter.Mest kjent plasserte Francois Willeme (1860) 24 kameraer i en sirkulær rekke og fotograferte samtidig et objekt.Silhuetten av hvert fotografi ble deretter brukt til å skjære ut en kopi.Morioka (1935, 1944) utviklet en hybrid fotoskulptur og topografisk prosess ved å bruke strukturert lys for fotografisk å lage konturlinjer av et objekt.Linjene kunne deretter utvikles til ark og kuttes og stables, eller projiseres på lagermateriale for utskjæring.Munz (1956)-prosessen reproduserte et tredimensjonalt bilde av et objekt ved å selektivt eksponere, lag for lag, en fotoemulsjon på et senkestempel.Etter fiksering inneholder en solid gjennomsiktig sylinder et bilde av objektet.

– Joseph J. Beaman
“Opprinnelsen til Rapid Prototyping – RP stammer fra den stadig voksende CAD-industrien, nærmere bestemt den solide modelleringssiden av CAD.Før solid modellering ble introdusert på slutten av 1980-tallet, ble tredimensjonale modeller laget med trådrammer og overflater.Men ikke før utviklingen av ekte solid modellering kunne innovative prosesser som RP utvikles.Charles Hull, som var med på å grunnlegge 3D Systems i 1986, utviklet den første RP-prosessen.Denne prosessen, kalt stereolitografi, bygger gjenstander ved å herde tynne påfølgende lag av visse ultrafiolett lysfølsomme flytende harpikser med en laveffektlaser.Med introduksjonen av RP kunne CAD solide modeller plutselig komme til live”.

Teknologiene referert til som Solid Freeform Fabrication er det vi i dag kjenner igjen som rask prototyping, 3D-printing eller additiv produksjon: Swainson (1977), Schwerzel (1984) jobbet med polymerisering av en fotosensitiv polymer i skjæringspunktet mellom to datastyrte laserstråler.Ciraud (1972) vurderte magnetostatisk eller elektrostatisk avsetning med elektronstråle, laser eller plasma for sintret overflatekledning.Disse ble alle foreslått, men det er ukjent om arbeidsmaskiner ble bygget.Hideo Kodama fra Nagoya Municipal Industrial Research Institute var den første som publiserte en beretning om en solid modell produsert ved hjelp av et hurtigprototypingssystem for fotopolymer (1981).Det aller første 3D rapid prototyping-systemet som er avhengig av Fused Deposition Modeling (FDM) ble laget i april 1992 av Stratasys, men patentet ble ikke utstedt før 9. juni 1992. Sanders Prototype, Inc. introduserte den første stasjonære blekkskriver 3D-skriveren (3DP) ved hjelp av en oppfinnelse fra 4. august 1992 (Helinski), Modelmaker 6Pro i slutten av 1993 og deretter den større industrielle 3D-skriveren, Modelmaker 2, i 1997. Z-Corp som brukte MIT 3DP-pulverbindingen for Direct Shell Casting (DSP) oppfunnet i 1993 ble introdusert for å markedet i 1995. Allerede på det tidlige tidspunktet ble teknologien sett på som å ha en plass i produksjonspraksis.En utgang med lav oppløsning og lav styrke hadde verdi i designverifisering, formfremstilling, produksjonsjigger og andre områder.Utgangene har jevnt og trutt utviklet seg mot bruk med høyere spesifikasjoner.Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) startet som en Rapid Prototyping 3D Printing-produsent med Modelmaker 6Pro for å lage ofre termoplastiske mønstre av CAD-modeller bruker Drop-On-Demand (DOD) blekkstråle-enkeldyseteknologi.

Det søkes stadig etter innovasjoner for å forbedre hastigheten og evnen til å takle masseproduksjonsapplikasjoner.En dramatisk utvikling som RP deler med beslektede CNC-områder er freeware open-sourcing av høynivåapplikasjoner som utgjør en hel CAD-CAM-verktøykjede.Dette har skapt et fellesskap av lavoppløselige enhetsprodusenter.Hobbyister har til og med gjort forsøk på mer krevende lasereffekter av enhetsdesign

Den tidligste listen over RP-prosesser eller fabrikasjonsteknologier publisert i 1993 ble skrevet av Marshall Burns og forklarer hver prosess veldig grundig.Den navngir også noen teknologier som var forløpere til navnene på listen nedenfor.For eksempel: Visual Impact Corporation produserte bare en prototypeskriver for voksavsetning og lisensierte deretter patentet til Sanders Prototype, Inc. i stedet.BPM brukte de samme blekkskriverne og materialene.