• banner

Prototipuri rapide

O mașină de prototipare rapidă care utilizează sinterizarea selectivă cu laser (SLS)

Tăierea modelului 3D
Prototiparea rapidă este un grup de tehnici utilizate pentru a fabrica rapid un model la scară al unei piese fizice sau al unui ansamblu folosind date tridimensionale de proiectare asistată de computer (CAD).Construcția piesei sau a ansamblului se face de obicei folosind tehnologia de imprimare 3D sau de „fabricare în strat aditiv”.

Primele metode de prototipare rapidă au devenit disponibile la mijlocul anilor 1980 și au fost folosite pentru a produce modele și piese de prototip.Astăzi, acestea sunt utilizate pentru o gamă largă de aplicații și sunt folosite pentru a fabrica piese de calitate de producție în număr relativ mic, dacă se dorește, fără economia tipică nefavorabilă pe termen scurt.Această economie a încurajat birourile de servicii online.Studiile istorice ale tehnologiei RP încep cu discuții despre tehnicile de producție a simulacrelor utilizate de sculptorii din secolul al XIX-lea.Unii sculptori moderni folosesc tehnologia descendenților pentru a produce expoziții și diverse obiecte.Capacitatea de a reproduce modele dintr-un set de date a dat naștere la probleme de drepturi, deoarece acum este posibil să se interpoleze date volumetrice din imagini unidimensionale.

Ca și în cazul metodelor subtractive CNC, fluxul de lucru CAD-CAM de proiectare asistată de computer – fabricație asistată de computer în procesul tradițional de prototipare rapidă începe cu crearea de date geometrice, fie ca solid 3D folosind o stație de lucru CAD, fie sub formă de felii 2D folosind un dispozitiv de scanare.Pentru prototiparea rapidă aceste date trebuie să reprezinte un model geometric valid;și anume, unul ale cărui suprafețe limită înglobează un volum finit, nu conțin găuri care să expună interiorul și nu se pliază înapoi pe ele însele.Cu alte cuvinte, obiectul trebuie să aibă un „interior”.Modelul este valabil dacă pentru fiecare punct din spațiul 3D computerul poate determina în mod unic dacă acel punct se află în interiorul, pe sau în afara suprafeței de limită a modelului.Post-procesoarele CAD vor aproxima formele geometrice CAD interne ale furnizorilor de aplicații (de exemplu, B-splines) cu o formă matematică simplificată, care, la rândul său, este exprimată într-un format de date specificat, care este o caracteristică comună în fabricarea aditivă: format de fișier STL, un standard de facto pentru transferul modelelor geometrice solide la mașinile SFF.

Pentru a obține traiectoriile necesare de control al mișcării pentru a conduce SFF real, prototipare rapidă, imprimare 3D sau mecanism de fabricație aditivă, modelul geometric pregătit este de obicei tăiat în straturi, iar feliile sunt scanate în linii (producând un „desen 2D” folosit pentru a genera traiectorie ca în traseul sculei CNC), mimând în sens invers procesul de construcție fizică strat la strat.

1. Domenii de aplicare
Prototiparea rapidă este, de asemenea, aplicată în mod obișnuit în ingineria software pentru a încerca noi modele de afaceri și arhitecturi de aplicații, cum ar fi industria aerospațială, auto, servicii financiare, dezvoltare de produse și asistență medicală.Echipele de proiectare aerospațială și industriale se bazează pe prototipare pentru a crea noi metodologii AM în industrie.Folosind SLA, aceștia pot realiza rapid mai multe versiuni ale proiectelor lor în câteva zile și pot începe testarea mai rapid.Rapid Prototyping permite designerilor/dezvoltatorilor să ofere o idee exactă a modului în care va rezulta produsul finit înainte de a pune prea mult timp și bani în prototip.Imprimarea 3D utilizată pentru prototiparea rapidă permite imprimarea 3D industrială.Cu aceasta, puteți avea matrițe la scară mare pentru piesele de schimb să fie pompate rapid într-o perioadă scurtă de timp.

2. Istorie
În anii 1970, Joseph Henry Condon și alții de la Bell Labs au dezvoltat Unix Circuit Design System (UCDS), care automatizează sarcina laborioasă și predispusă la erori de a converti manual desenele pentru a fabrica plăci de circuite în scopul cercetării și dezvoltării.

Până în anii 1980, factorii de decizie din SUA și managerii industriali au fost forțați să ia act de faptul că dominația Americii în domeniul producției de mașini-unelte s-a evaporat, în ceea ce a fost numit criza mașinilor-unelte.Numeroase proiecte au încercat să contracareze aceste tendințe în zona tradițională CNC CAM, care a început în SUA.Mai târziu, când Rapid Prototyping Systems s-au mutat din laboratoare pentru a fi comercializate, s-a recunoscut că evoluțiile erau deja internaționale și că companiile de prototipare rapidă din SUA nu s-ar putea luxa să lase o plumb să scape.National Science Foundation a fost o umbrelă pentru Administrația Națională de Aeronautică și Spațiu (NASA), Departamentul de Energie al SUA, Departamentul de Comerț al SUA NIST, Departamentul de Apărare al SUA, Agenția pentru Proiecte de Cercetare Avansată a Apărării (DARPA) și Biroul de Naval Research a coordonat studii pentru a informa planificatorii strategici în deliberările lor.Un astfel de raport a fost Raportul Panel privind prototipurile rapide în Europa și Japonia din 1997, în care Joseph J. Beaman, fondatorul DTM Corporation, oferă o perspectivă istorică:

Rădăcinile tehnologiei de prototipare rapidă pot fi urmărite în practicile de topografie și fotosculptură.În cadrul TOPOGRAFIE, Blanther (1892) a sugerat o metodă stratificată pentru realizarea unei matrițe pentru hărțile topografice din hârtie în relief. Procesul a implicat tăierea liniilor de contur pe o serie de plăci care au fost apoi stivuite.Matsubara (1974) de la Mitsubishi a propus un proces topografic cu o rășină fotopolimer foto-întărire pentru a forma straturi subțiri stivuite pentru a face o matriță de turnare.FOTOCULPTURA a fost o tehnică din secolul al XIX-lea pentru a crea replici tridimensionale exacte ale obiectelor.Cel mai faimos Francois Willeme (1860) a plasat 24 de camere într-o matrice circulară și a fotografiat simultan un obiect.Silueta fiecărei fotografii a fost apoi folosită pentru a sculpta o replică.Morioka (1935, 1944) a dezvoltat o sculptură foto hibridă și un proces topografic folosind lumina structurată pentru a crea fotografic linii de contur ale unui obiect.Liniile ar putea fi apoi dezvoltate în foi și tăiate și stivuite sau proiectate pe materialul stoc pentru sculptură.Procesul Munz (1956) a reprodus o imagine tridimensională a unui obiect prin expunerea selectivă, strat cu strat, a unei emulsii foto pe un piston de coborâre.După fixare, un cilindru solid transparent conține o imagine a obiectului.

— Joseph J. Beaman
„Originile prototipării rapide – RP provine din industria CAD în continuă creștere, mai precis din partea de modelare solidă a CAD.Înainte ca modelarea solidă să fie introdusă la sfârșitul anilor 1980, modelele tridimensionale au fost create cu rame și suprafețe de sârmă.Dar nu până la dezvoltarea unei modele adevărate solide au putut fi dezvoltate procese inovatoare, cum ar fi RP.Charles Hull, care a ajutat la înființarea 3D Systems în 1986, a dezvoltat primul proces RP.Acest proces, numit stereolitografie, construiește obiecte prin întărirea unor straturi subțiri consecutive de anumite rășini lichide sensibile la lumină ultravioletă cu un laser de putere redusă.Odată cu introducerea RP, modelele solide CAD ar putea prinde brusc viață”.

Tehnologiile denumite Solid Freeform Fabrication sunt ceea ce recunoaștem astăzi ca prototipare rapidă, imprimare 3D sau fabricare aditivă: Swainson (1977), Schwerzel (1984) au lucrat la polimerizarea unui polimer fotosensibil la intersecția a două fascicule laser controlate de computer.Ciraud (1972) a considerat depunerea magnetostatică sau electrostatică cu fascicul de electroni, laser sau plasmă pentru placarea suprafeței sinterizate.Toate acestea au fost propuse, dar nu se știe dacă au fost construite mașini de lucru.Hideo Kodama de la Institutul Municipal de Cercetare Industrială din Nagoya a fost primul care a publicat o relatare a unui model solid fabricat folosind un sistem de prototipare rapidă fotopolimer (1981).Primul sistem de prototipare rapidă 3D care se bazează pe Fused Deposition Modeling (FDM) a fost realizat în aprilie 1992 de către Stratasys, dar brevetul a fost eliberat până la 9 iunie 1992. Sanders Prototype, Inc a introdus prima imprimantă 3D cu jet de cerneală de birou (3DP) folosind o invenție din 4 august 1992 (Helinski), Modelmaker 6Pro la sfârșitul anului 1993 și apoi imprimanta industrială 3D mai mare, Modelmaker 2, în 1997. Z-Corp folosind legarea de pulbere MIT 3DP pentru Direct Shell Casting (DSP) inventată în 1993 a fost introdusă în piața în 1995. Chiar și la acea dată timpurie tehnologia era văzută ca având un loc în practica de producție.O rezoluție scăzută, rezistență scăzută a avut valoare în verificarea designului, fabricarea matrițelor, dispozitivele de producție și în alte domenii.Ieșirile au avansat în mod constant către utilizări cu specificații mai înalte.Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) a început ca producător de imprimare 3D de prototipare rapidă cu Modelmaker 6Pro pentru realizarea de modele termoplastice sacrificiale ale modelelor CAD, utilizând tehnologia Drop-On-Demand (DOD) cu jet de cerneală cu o singură duză.

Se caută constant inovații, pentru a îmbunătăți viteza și capacitatea de a face față aplicațiilor de producție în masă.O dezvoltare dramatică pe care RP o împărtășește cu domeniile CNC conexe este deschiderea gratuită a aplicațiilor de nivel înalt care constituie un întreg lanț de instrumente CAD-CAM.Acest lucru a creat o comunitate de producători de dispozitive de joasă rezoluție.Pasionații au făcut chiar incursiuni în design-uri mai solicitante de dispozitive cu efect laser

Cea mai veche listă de procese RP sau tehnologii de fabricație publicată în 1993 a fost scrisă de Marshall Burns și explică fiecare proces foarte detaliat.De asemenea, denumește unele tehnologii care au fost precursoare ale numelor din lista de mai jos.De exemplu: Visual Impact Corporation a produs doar un prototip de imprimantă pentru depunerea cu ceară și apoi a licențiat brevetul către Sanders Prototype, Inc.BPM a folosit aceleași jeturi de cerneală și aceleași materiale.


Ora postării: 01-12-2021