Prototipi i shpejtë

Një makinë prototipizimi i shpejtë duke përdorur sinterimin selektiv me lazer (SLS)

Prerja e modelit 3D
Prototipi i shpejtë është një grup teknikash të përdorura për të fabrikuar shpejt një model në shkallë të një pjese fizike ose një montimi duke përdorur të dhëna tredimensionale të dizajnit me ndihmën e kompjuterit (CAD).Ndërtimi i pjesës ose montimit zakonisht bëhet duke përdorur printimin 3D ose teknologjinë "prodhimi i shtresave shtesë".

Metodat e para për prototipimin e shpejtë u bënë të disponueshme në mesin e viteve 1980 dhe u përdorën për të prodhuar modele dhe pjesë prototip.Sot, ato përdoren për një gamë të gjerë aplikimesh dhe përdoren për të prodhuar pjesë të cilësisë së prodhimit në një numër relativisht të vogël nëse dëshironi pa ekonominë tipike të pafavorshme afatshkurtër.Kjo ekonomi ka inkurajuar zyrat e shërbimit online.Sondazhet historike të teknologjisë RP fillojnë me diskutimet e teknikave të prodhimit simulakra të përdorura nga skulptorët e shekullit të 19-të.Disa skulptorë modernë përdorin teknologjinë e pasardhësve për të prodhuar ekspozita dhe objekte të ndryshme.Aftësia për të riprodhuar dizajne nga një grup të dhënash ka shkaktuar çështje të të drejtave, pasi tani është e mundur të ndërthuren të dhënat volumetrike nga imazhet njëdimensionale.

Ashtu si me metodat zbritëse CNC, fluksi i punës CAD-CAM i prodhimit me ndihmën e kompjuterit në procesin tradicional të prototipimit të shpejtë fillon me krijimin e të dhënave gjeometrike, qoftë si një solid 3D duke përdorur një stacion pune CAD, ose si feta 2D duke përdorur një pajisje skanimi.Për prototipimin e shpejtë, këto të dhëna duhet të përfaqësojnë një model gjeometrik të vlefshëm;gjegjësisht, një sipërfaqet kufitare të të cilit mbyllin një vëllim të fundëm, nuk përmbajnë vrima që ekspozojnë brendësinë dhe nuk palosen përsëri në vetvete.Me fjalë të tjera, objekti duhet të ketë një "brenda".Modeli është i vlefshëm nëse për secilën pikë në hapësirën 3D kompjuteri mund të përcaktojë në mënyrë unike nëse ajo pikë shtrihet brenda, në ose jashtë sipërfaqes kufitare të modelit.Post-përpunuesit CAD do të përafrojnë format e brendshme gjeometrike CAD të shitësve të aplikacionit (p.sh., B-splines) me një formë të thjeshtuar matematikore, e cila nga ana tjetër shprehet në një format të caktuar të dhënash që është një tipar i zakonshëm në prodhimin e aditivëve: formati i skedarit STL, një standard de facto për transferimin e modeleve të forta gjeometrike në makinat SFF.

Për të marrë trajektoret e nevojshme të kontrollit të lëvizjes për të drejtuar SFF-në aktuale, prototipimin e shpejtë, printimin 3D ose mekanizmin e prodhimit shtesë, modeli gjeometrik i përgatitur zakonisht ndahet në shtresa dhe fetat skanohen në vija (duke prodhuar një "vizatim 2D" që përdoret për të gjeneruar trajektorja si në shtegun e veglave të CNC), duke imituar në të kundërt procesin e ndërtimit fizik nga shtresa në shtresë.

1. Zonat e aplikimit
Prototipi i shpejtë përdoret gjithashtu zakonisht në inxhinierinë e softuerit për të provuar modele të reja biznesi dhe arkitektura aplikacionesh si Hapësira ajrore, Automobilistikë, Shërbimet Financiare, Zhvillimi i Produkteve dhe Kujdesi Shëndetësor.Dizajni i hapësirës ajrore dhe ekipet industriale mbështeten në prototipin për të krijuar metodologji të reja AM në industri.Duke përdorur SLA ata mund të bëjnë shpejt versione të shumta të projekteve të tyre brenda pak ditësh dhe të fillojnë testimin më shpejt.Prototipizimi i shpejtë i lejon projektuesit/zhvilluesit të ofrojnë një ide të saktë se si do të dalë produkti i përfunduar përpara se të investojnë shumë kohë dhe para në prototip.Shtypja 3D që përdoret për Prototipimin e Shpejtë lejon që të kryhet printimi industrial 3D.Me këtë, ju mund të keni kallëpe në shkallë të gjerë për pjesët rezervë që pompohen shpejt brenda një periudhe të shkurtër kohe.

2. Historia
Në vitet 1970, Joseph Henry Condon dhe të tjerë në Bell Labs zhvilluan Sistemin e Dizajnimit të Qarqeve Unix (UCDS), duke automatizuar detyrën e mundimshme dhe të prirur ndaj gabimeve të konvertimit manual të vizatimeve për të fabrikuar bordet e qarkut për qëllime kërkimi dhe zhvillimi.

Nga vitet 1980, politikëbërësit amerikanë dhe menaxherët industrialë u detyruan të mbanin parasysh se dominimi i Amerikës në fushën e prodhimit të veglave të makinerive u zhduk, në atë që u quajt kriza e veglave të makinerisë.Projekte të shumta kërkuan të kundërshtonin këto tendenca në zonën tradicionale CNC CAM, e cila kishte filluar në SHBA.Më vonë, kur Rapid Prototyping Systems u largua nga laboratorët për t'u komercializuar, u kuptua se zhvillimet ishin tashmë ndërkombëtare dhe kompanitë amerikane të prototipizimit të shpejtë nuk do të kishin luksin për të lënë një plumb të rrëshqitur.Fondacioni Kombëtar i Shkencës ishte një ombrellë për Administratën Kombëtare të Aeronautikës dhe Hapësirës (NASA), Departamentin e Energjisë së SHBA-së, Departamentin e Tregtisë së SHBA-së NIST, Departamentin e Mbrojtjes së SHBA-së, Agjencinë e Projekteve të Avancuara të Kërkimit të Mbrojtjes (DARPA) dhe Zyrën e Hulumtimi Detar koordinoi studimet për të informuar planifikuesit strategjikë në diskutimet e tyre.Një raport i tillë ishte Raporti i Panelit për Prototipimin e Shpejtë në Evropë dhe Japoni të vitit 1997, në të cilin Joseph J. Beaman, themeluesi i DTM Corporation ofron një perspektivë historike:

Rrënjët e teknologjisë së shpejtë të prototipizimit mund të gjurmohen në praktikat në topografi dhe fotokulpturë.Brenda TOPOGRAFISË Blanther (1892) sugjeroi një metodë të shtresuar për të bërë një kallëp për hartat topografike me letër reliev të ngritur. Procesi përfshinte prerjen e vijave konturore në një seri pllakash të cilat më pas u grumbulluan.Matsubara (1974) nga Mitsubishi propozoi një proces topografik me një rrëshirë fotopolimere që forcohet me foto për të formuar shtresa të holla të grumbulluara për të bërë një kallëp derdhjeje.FOTOSCULPTURE ishte një teknikë e shekullit të 19-të për të krijuar kopje ekzakte tredimensionale të objekteve.Më i famshmi Francois Willeme (1860) vendosi 24 kamera në një grup rrethor dhe njëkohësisht fotografoi një objekt.Më pas, silueta e secilës fotografi u përdor për të gdhendur një kopje.Morioka (1935, 1944) zhvilloi një skulpturë hibride fotografike dhe një proces topografik duke përdorur dritën e strukturuar për të krijuar fotografikisht linjat konturore të një objekti.Linjat më pas mund të zhvillohen në fletë dhe të priten dhe të grumbullohen, ose të projektohen në material për gdhendje.Procesi i Munz (1956) riprodhoi një imazh tre-dimensional të një objekti duke ekspozuar në mënyrë selektive, shtresë pas shtrese, një emulsion fotografik në një pistoni ulur.Pas fiksimit, një cilindër i ngurtë transparent përmban një imazh të objektit.

- Joseph J. Beaman
“Origjina e Prototipizimit të Shpejtë – RP buron nga industria CAD gjithnjë në rritje, më konkretisht, nga ana solide e modelimit të CAD.Para se të prezantohej modelimi solid në fund të viteve 1980, u krijuan modele tredimensionale me korniza teli dhe sipërfaqe.Por jo derisa zhvillimi i modelimit të vërtetë solid mund të zhvillohen procese novatore si RP.Charles Hull, i cili ndihmoi në themelimin e Sistemeve 3D në 1986, zhvilloi procesin e parë RP.Ky proces, i quajtur stereolithografi, ndërton objekte duke trajtuar shtresa të holla të njëpasnjëshme të disa rrëshirave të lëngshme të ndjeshme ndaj dritës ultravjollcë me një lazer me fuqi të ulët.Me prezantimin e RP, modelet e ngurta CAD mund të marrin jetë befas”.

Teknologjitë e referuara si Fabrikimi i Formë i Lirë i Ngurtë janë ato që ne njohim sot si prototipizim i shpejtë, printim 3D ose prodhim aditiv: Swainson (1977), Schwerzel (1984) punuan në polimerizimin e një polimeri fotosensitive në kryqëzimin e dy rrezeve lazer të kontrolluara nga kompjuteri.Ciraud (1972) konsideroi depozitimin magnetostatik ose elektrostatik me rreze elektronike, lazer ose plazma për veshjen e sipërfaqeve të sinteruara.Të gjitha këto janë propozuar, por nuk dihet nëse janë ndërtuar makina pune.Hideo Kodama i Institutit të Kërkimeve Industriale Komunale Nagoya ishte i pari që publikoi një rrëfim të një modeli të ngurtë të fabrikuar duke përdorur një sistem prototipizim të shpejtë fotopolimer (1981).Sistemi i parë i prototipit të shpejtë 3D i mbështetur në Modelimin e Depozitimit të Fudhur (FDM) u bë në prill 1992 nga Stratasys por patenta nuk u lëshua deri më 9 qershor 1992. Sanders Prototype, Inc prezantoi printerin e parë 3D me bojë desktop (3DP) duke përdorur një shpikje nga 4 gushti 1992 (Helinski), Modelmaker 6Pro në fund të 1993 dhe më pas printeri më i madh industrial 3D, Modelmaker 2, në 1997. Z-Corp duke përdorur lidhjen pluhur MIT 3DP për Casting Direct Shell (DSP) i shpikur 1993 u prezantua në tregu në vitin 1995. Edhe në atë datë të hershme teknologjia shihej se kishte një vend në praktikën e prodhimit.Një rezolucion i ulët, prodhimi me forcë të ulët kishte vlerë në verifikimin e projektimit, prodhimin e kallëpeve, veglat e prodhimit dhe fusha të tjera.Rezultatet kanë avancuar në mënyrë të qëndrueshme drejt përdorimeve të specifikimeve më të larta.Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) filloi si prodhues i printimit 3D me prototipim të shpejtë me Modelmaker 6Pro për të bërë modele sakrifikuese termoplastike të modeleve CAD përdor teknologjinë me një grykë me bojë Drop-On-Demand (DOD).

Risitë po kërkohen vazhdimisht, për të përmirësuar shpejtësinë dhe aftësinë për të përballuar aplikimet e prodhimit masiv.Një zhvillim dramatik që RP ndan me zonat e lidhura me CNC është softueri pa pagesë i aplikacioneve të nivelit të lartë që përbëjnë një zinxhir të tërë mjetesh CAD-CAM.Kjo ka krijuar një komunitet të prodhuesve të pajisjeve me rezolucioni të ulët.Hobistët madje kanë bërë përpjekje në modele më të kërkuara të pajisjeve me efekt lazer

Lista më e hershme e Proceseve të RP ose Teknologjive të Fabrikimit e publikuar në 1993 u shkrua nga Marshall Burns dhe shpjegon çdo proces në mënyrë shumë të plotë.Ai gjithashtu emërton disa teknologji që ishin pararendëse të emrave në listën e mëposhtme.Për shembull: Visual Impact Corporation prodhoi vetëm një printer prototip për depozitimin e dyllit dhe më pas licencoi patentën te Sanders Prototype, Inc.BPM përdori të njëjtat bojë dhe materiale.