Hızlı prototipleme

Seçici lazer sinterleme (SLS) kullanan hızlı prototipleme makinesi

3B model dilimleme
Hızlı prototipleme, üç boyutlu bilgisayar destekli tasarım (CAD) verilerini kullanarak fiziksel bir parçanın veya montajın ölçekli bir modelini hızlı bir şekilde üretmek için kullanılan bir grup tekniktir.Parçanın veya montajın inşası genellikle 3D baskı veya "katmanlı katman üretimi" teknolojisi kullanılarak yapılır.

Hızlı prototipleme için ilk yöntemler 1980'lerin ortalarında kullanıma sunuldu ve modeller ve prototip parçalar üretmek için kullanıldı.Bugün, geniş bir uygulama yelpazesi için kullanılmaktadırlar ve istenirse, tipik olumsuz kısa vadeli ekonomi olmaksızın nispeten az sayıda üretim kalitesinde parçalar üretmek için kullanılmaktadırlar.Bu ekonomi çevrimiçi hizmet bürolarını teşvik etti.RP teknolojisinin tarihsel araştırmaları, 19. yüzyıl heykeltıraşları tarafından kullanılan simülakr üretim tekniklerinin tartışılmasıyla başlar.Bazı modern heykeltıraşlar, soy teknolojisini sergiler ve çeşitli nesneler üretmek için kullanır.Bir veri kümesinden tasarımları çoğaltma yeteneği, artık tek boyutlu görüntülerden hacimsel verileri enterpolasyon yapmak mümkün olduğundan, hak sorunlarına yol açmıştır.

CNC çıkarma yöntemlerinde olduğu gibi, geleneksel hızlı prototipleme sürecindeki bilgisayar destekli tasarım - bilgisayar destekli imalat CAD-CAM iş akışı, bir CAD iş istasyonu kullanılarak 3B katı olarak veya bir CAD iş istasyonu kullanılarak 2B dilimler olarak geometrik verilerin oluşturulmasıyla başlar. tarama cihazı.Hızlı prototipleme için bu veriler geçerli bir geometrik modeli temsil etmelidir;yani, sınır yüzeyleri sonlu bir hacmi çevreleyen, içini açığa çıkaran delikler içermeyen ve kendi üzerine katlanmayan.Diğer bir deyişle, nesnenin bir “iç”i olmalıdır.Model, bilgisayar 3B uzaydaki her nokta için bu noktanın modelin sınır yüzeyinin içinde mi, üzerinde mi yoksa dışında mı olduğunu benzersiz bir şekilde belirleyebiliyorsa geçerlidir.CAD son işlemcileri, uygulama satıcılarının dahili CAD geometrik formlarına (örneğin, B-spline'lar) basitleştirilmiş bir matematiksel formla yaklaşacak ve bu form, eklemeli üretimde ortak bir özellik olan belirli bir veri formatında ifade edilecektir: STL dosya formatı, katı geometrik modelleri SFF makinelerine aktarmak için fiili bir standart.

Gerçek SFF'yi, hızlı prototiplemeyi, 3B baskıyı veya eklemeli imalat mekanizmasını çalıştırmak için gerekli hareket kontrol yörüngelerini elde etmek için, hazırlanan geometrik model tipik olarak katmanlara bölünür ve dilimler çizgiler halinde taranır (oluşturmak için kullanılan bir "2B çizim" üretilir). Yörünge, CNC'nin takım yolunda olduğu gibi), katmandan katmana fiziksel inşa sürecini tersine taklit eder.

1. Uygulama alanları
Hızlı prototipleme ayrıca, Havacılık, Otomotiv, Finansal Hizmetler, Ürün geliştirme ve Sağlık Hizmetleri gibi yeni iş modellerini ve uygulama mimarilerini denemek için yazılım mühendisliğinde yaygın olarak uygulanır.Havacılık tasarımı ve endüstriyel ekipler, sektörde yeni AM metodolojileri oluşturmak için prototip oluşturmaya güveniyor.SLA'yı kullanarak projelerinin birden çok sürümünü birkaç gün içinde hızla oluşturabilir ve daha hızlı test etmeye başlayabilirler.Hızlı Prototipleme, tasarımcıların/geliştiricilerin prototipe çok fazla zaman ve para harcamadan bitmiş ürünün nasıl olacağına dair doğru bir fikir vermesini sağlar.Hızlı Prototipleme için kullanılan 3D baskı, Endüstriyel 3D baskının gerçekleşmesini sağlar.Bununla, kısa bir süre içinde hızlı bir şekilde dışarı pompalanan yedek parçalara büyük ölçekli kalıplara sahip olabilirsiniz.

2. Tarih
1970'lerde Joseph Henry Condon ve Bell Laboratuarlarındaki diğerleri, araştırma ve geliştirme amacıyla devre kartları imal etmek için çizimleri manuel olarak dönüştürmenin zahmetli ve hataya açık görevini otomatikleştiren Unix Devre Tasarım Sistemini (UCDS) geliştirdiler.

1980'lere gelindiğinde, ABD'li politika yapıcılar ve endüstri yöneticileri, takım tezgahı krizi olarak adlandırılan olayda Amerika'nın takım tezgahı imalatı alanındaki hakimiyetinin buharlaştığını not etmek zorunda kaldılar.ABD'de başlamış olan geleneksel CNC CAM alanında çok sayıda proje bu eğilimlere karşı koymaya çalıştı.Daha sonra Hızlı Prototipleme Sistemleri ticarileştirilmek üzere laboratuvarların dışına taşındığında, gelişmelerin zaten uluslararası olduğu ve ABD hızlı prototipleme şirketlerinin bir ipucunu kaçırma lüksüne sahip olmayacağı anlaşıldı.Ulusal Bilim Vakfı, Ulusal Havacılık ve Uzay İdaresi (NASA), ABD Enerji Bakanlığı, ABD Ticaret Bakanlığı NIST, ABD Savunma Bakanlığı, Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA) ve Ofisi için bir şemsiyeydi. Naval Research, stratejik planlamacıları müzakerelerinde bilgilendirmek için çalışmaları koordine etti.Böyle bir rapor, DTM Corporation'ın kurucusu Joseph J. Beaman'ın tarihsel bir bakış açısı sunduğu 1997 Avrupa ve Japonya'da Hızlı Prototipleme Panel Raporu'ydu:

Hızlı prototipleme teknolojisinin kökleri, topografya ve fotoğraf heykel uygulamalarına kadar izlenebilir.TOPOGRAFİ içinde Blanther (1892), kabartmalı kağıt topografik haritalar için bir kalıp yapmak için katmanlı bir yöntem önerdi. Süreç, kontur çizgilerini daha sonra istiflenen bir dizi plaka üzerinde kesmeyi içeriyordu.Mitsubishi'den Matsubara (1974), bir döküm kalıbı yapmak üzere istiflenmiş ince tabakalar oluşturmak için foto-sertleşen bir fotopolimer reçine ile topografik bir süreç önerdi.FOTOŞKÜLTÜR, nesnelerin tam üç boyutlu kopyalarını oluşturmak için 19. yüzyıldan kalma bir teknikti.En ünlüsü François Willeme (1860), 24 kamerayı dairesel bir diziye yerleştirdi ve aynı anda bir nesneyi fotoğrafladı.Her fotoğrafın silueti daha sonra bir kopyayı oymak için kullanıldı.Morioka (1935, 1944), bir nesnenin kontur çizgilerini fotografik olarak oluşturmak için yapılandırılmış ışık kullanarak hibrit bir fotoğraf heykel ve topografik süreç geliştirdi.Çizgiler daha sonra tabakalar halinde geliştirilebilir ve kesilebilir ve istiflenebilir veya oyma için stok malzemeye yansıtılabilir.Munz (1956) İşlemi, alçaltıcı bir piston üzerinde bir foto emülsiyonu seçici olarak katman katman açığa çıkararak bir nesnenin üç boyutlu görüntüsünü yeniden üretti.Sabitlemeden sonra, katı şeffaf bir silindir, nesnenin bir görüntüsünü içerir.

— Joseph J.Beaman
"Hızlı Prototiplemenin Kökenleri - RP, sürekli büyüyen CAD endüstrisinden, daha spesifik olarak CAD'in katı modelleme yönünden kaynaklanmaktadır.1980'lerin sonlarında katı modelleme kullanılmaya başlanmadan önce, tel çerçeveler ve yüzeylerle üç boyutlu modeller yaratılıyordu.Ancak, gerçek katı modellemenin geliştirilmesine kadar, RP gibi yenilikçi süreçler geliştirilemezdi.1986'da 3D Sistemlerin kurulmasına yardımcı olan Charles Hull, ilk RP sürecini geliştirdi.Stereolitografi adı verilen bu işlem, belirli ultraviyole ışığa duyarlı sıvı reçinelerin ince ardışık katmanlarını düşük güçlü bir lazerle kürleyerek nesneler oluşturur.RP'nin tanıtılmasıyla, CAD katı modelleri birdenbire canlanabilirdi”.

Katı Serbest Biçim Üretimi olarak adlandırılan teknolojiler, bugün hızlı prototipleme, 3D baskı veya eklemeli üretim olarak bildiğimiz teknolojilerdir: Swainson (1977), Schwerzel (1984), iki bilgisayar kontrollü lazer ışınının kesiştiği noktada ışığa duyarlı bir polimerin polimerizasyonu üzerinde çalıştılar.Ciraud (1972), sinterlenmiş yüzey kaplaması için elektron ışını, lazer veya plazma ile manyetostatik veya elektrostatik biriktirmeyi düşündü.Bunların hepsi önerildi, ancak çalışan makinelerin yapılıp yapılmadığı bilinmiyor.Nagoya Belediye Endüstriyel Araştırma Enstitüsü'nden Hideo Kodama, fotopolimer hızlı prototipleme sistemi (1981) kullanılarak üretilen bir katı modelin açıklamasını ilk yayınlayan kişiydi.Fused Deposition Modeling'e (FDM) dayanan ilk 3D hızlı prototipleme sistemi Nisan 1992'de Stratasys tarafından yapıldı, ancak patenti 9 Haziran 1992'ye kadar verilmedi. Sanders Prototype, Inc. 4 Ağustos 1992 tarihli buluş (Helinski), 1993 sonlarında Modelmaker 6Pro ve ardından 1997'de daha büyük endüstriyel 3D yazıcı olan Modelmaker 2. Doğrudan Kabuk Dökümü (DSP) için MIT 3DP toz bağlama kullanan Z-Corp, 1993'te icat edildi. 1995 yılında pazar. O erken tarihte bile teknolojinin üretim pratiğinde bir yeri olduğu görülüyordu.Düşük çözünürlüklü, düşük mukavemetli bir çıktı, tasarım doğrulama, kalıp yapımı, üretim düzenekleri ve diğer alanlarda değere sahipti.Çıktılar, daha yüksek spesifikasyon kullanımlarına doğru istikrarlı bir şekilde ilerlemiştir.Sanders Prototype, Inc. (Solidscape), CAD modellerinin fedakar Termoplastik kalıplarını yapmak için Modelmaker 6Pro ile Hızlı Prototipleme 3D Baskı üreticisi olarak başladı.

Hızı ve seri üretim uygulamalarıyla başa çıkma becerisini geliştirmek için sürekli olarak yenilikler aranmaktadır.RP'nin ilgili CNC alanlarıyla paylaştığı çarpıcı bir gelişme, bütün bir CAD-CAM araç zincirini oluşturan üst düzey uygulamaların ücretsiz açık kaynak kodlu hale getirilmesidir.Bu, düşük çözünürlüklü cihaz üreticilerinden oluşan bir topluluk yarattı.Hobiler, daha zorlu lazer etkili cihaz tasarımlarına bile girdiler

1993'te yayınlanan en eski RP İşlemleri veya Üretim Teknolojileri listesi Marshall Burns tarafından yazılmıştır ve her işlemi ayrıntılı olarak açıklar.Ayrıca aşağıdaki listedeki isimlerin öncüsü olan bazı teknolojileri de isimlendiriyor.Örneğin: Visual Impact Corporation, mum biriktirme için yalnızca bir prototip yazıcı üretti ve bunun yerine patenti Sanders Prototype, Inc.'e lisansladı.BPM aynı inkjetleri ve malzemeleri kullandı.