Snelle prototyping

Een rapid prototyping-machine met behulp van selectieve lasersintering (SLS)

Snijden van 3D-modellen
Rapid prototyping is een groep technieken die wordt gebruikt om snel een schaalmodel van een fysiek onderdeel of assemblage te fabriceren met behulp van driedimensionale CAD-gegevens (computer aided design).De constructie van het onderdeel of de assemblage wordt meestal gedaan met behulp van 3D-printen of "additive layer manufacturing" -technologie.

Halverwege de jaren tachtig kwamen de eerste methoden voor rapid prototyping beschikbaar en werden gebruikt om modellen en prototype-onderdelen te produceren.Tegenwoordig worden ze gebruikt voor een breed scala aan toepassingen en worden ze gebruikt om onderdelen van productiekwaliteit in relatief kleine aantallen te vervaardigen, indien gewenst, zonder de typische ongunstige kortetermijneconomie.Deze economie heeft online servicebureaus aangemoedigd.Historische overzichten van RP-technologie beginnen met discussies over simulatieproductietechnieken die worden gebruikt door 19e-eeuwse beeldhouwers.Sommige moderne beeldhouwers gebruiken de nageslachttechnologie om tentoonstellingen en verschillende objecten te maken.De mogelijkheid om ontwerpen uit een dataset te reproduceren heeft aanleiding gegeven tot rechtenkwesties, aangezien het nu mogelijk is om volumetrische gegevens uit eendimensionale afbeeldingen te interpoleren.

Net als bij CNC-subtractieve methoden, begint de CAD-CAM-workflow met computerondersteund ontwerp - computerondersteunde productie in het traditionele rapid prototyping-proces met het creëren van geometrische gegevens, ofwel als een 3D-volume met behulp van een CAD-werkstation, of als 2D-slices met behulp van een scan apparaat.Voor rapid prototyping moeten deze gegevens een geldig geometrisch model vertegenwoordigen;namelijk een waarvan de grensoppervlakken een eindig volume omsluiten, geen gaten bevatten die het interieur blootleggen en niet op zichzelf terugvouwen.Met andere woorden, het object moet een "binnenkant" hebben.Het model is geldig als de computer voor elk punt in de 3D-ruimte op unieke wijze kan bepalen of dat punt binnen, op of buiten het grensvlak van het model ligt.CAD-postprocessors zullen de interne CAD-geometrische vormen van de applicatieleveranciers (bijv. B-splines) benaderen met een vereenvoudigde wiskundige vorm, die op zijn beurt wordt uitgedrukt in een gespecificeerd gegevensformaat dat een algemeen kenmerk is bij additieve fabricage: STL-bestandsformaat, een de facto standaard voor het overbrengen van solide geometrische modellen naar SFF-machines.

Om de noodzakelijke motion control-trajecten te verkrijgen om de daadwerkelijke SFF, rapid prototyping, 3D-printing of additive manufacturing-mechanisme aan te drijven, wordt het voorbereide geometrische model doorgaans in lagen gesneden en de plakjes worden gescand in lijnen (waardoor een "2D-tekening" wordt geproduceerd die wordt gebruikt om traject zoals in het gereedschapspad van CNC), waarbij het fysieke bouwproces van laag tot laag in omgekeerde volgorde wordt nagebootst.

1. Toepassingsgebieden
Rapid prototyping wordt ook vaak toegepast in software-engineering om nieuwe bedrijfsmodellen en applicatie-architecturen uit te proberen, zoals ruimtevaart, auto-industrie, financiële dienstverlening, productontwikkeling en gezondheidszorg.Lucht- en ruimtevaartontwerp- en industriële teams vertrouwen op prototyping om nieuwe AM-methodologieën in de industrie te creëren.Met behulp van SLA kunnen ze binnen een paar dagen snel meerdere versies van hun projecten maken en sneller beginnen met testen.Met Rapid Prototyping kunnen ontwerpers/ontwikkelaars een nauwkeurig idee geven van hoe het eindproduct eruit zal zien voordat ze te veel tijd en geld in het prototype steken.3D-printen dat wordt gebruikt voor Rapid Prototyping maakt industrieel 3D-printen mogelijk.Hiermee kunt u in korte tijd grootschalige matrijzen voor reserveonderdelen snel leegpompen.

2. Geschiedenis
In de jaren zeventig ontwikkelden Joseph Henry Condon en anderen bij Bell Labs het Unix Circuit Design System (UCDS), waarmee de moeizame en foutgevoelige taak van het handmatig converteren van tekeningen om printplaten te fabriceren voor onderzoek en ontwikkeling werd geautomatiseerd.

In de jaren tachtig moesten beleidsmakers en industriële managers in de VS constateren dat de dominantie van Amerika op het gebied van de fabricage van werktuigmachines verdampte, in wat de werktuigmachinecrisis werd genoemd.Talrijke projecten probeerden deze trends in het traditionele CNC CAM-gebied, die in de VS waren begonnen, tegen te gaan.Later, toen Rapid Prototyping Systems de laboratoria verliet om te worden gecommercialiseerd, werd erkend dat de ontwikkelingen al internationaal waren en dat Amerikaanse rapid prototyping-bedrijven niet de luxe zouden hebben om een ​​aanwijzing te laten ontglippen.De National Science Foundation was een overkoepelende organisatie voor de National Aeronautics and Space Administration (NASA), het Amerikaanse ministerie van Energie, het Amerikaanse ministerie van Handel NIST, het Amerikaanse ministerie van Defensie, het Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) en het Office of Naval Research coördineerde studies om strategische planners te informeren bij hun beraadslagingen.Een van die rapporten was het Rapid Prototyping in Europe and Japan Panel Report uit 1997, waarin Joseph J. Beaman, oprichter van DTM Corporation, een historisch perspectief geeft:

De wortels van rapid prototyping-technologie kunnen worden herleid tot praktijken in topografie en fotosculptuur.Binnen TOPOGRAFIE stelde Blanther (1892) een gelaagde methode voor voor het maken van een mal voor topografische kaarten met reliëfpapier in reliëf. Het proces omvatte het uitsnijden van de contourlijnen op een reeks platen die vervolgens werden gestapeld.Matsubara (1974) van Mitsubishi stelde een topografisch proces voor met een foto-uithardende fotopolymeerhars om dunne lagen te vormen die gestapeld waren om een ​​gietvorm te maken.FOTOSCULPTURE was een 19e-eeuwse techniek om exacte driedimensionale replica's van objecten te maken.De beroemdste François Willeme (1860) plaatste 24 camera's in een cirkelvormige reeks en fotografeerde tegelijkertijd een object.Het silhouet van elke foto werd vervolgens gebruikt om een ​​replica te maken.Morioka (1935, 1944) ontwikkelde een hybride fotosculptuur en een topografisch proces waarbij gestructureerd licht werd gebruikt om fotografisch contourlijnen van een object te creëren.De lijnen kunnen vervolgens worden ontwikkeld tot vellen en gesneden en gestapeld, of geprojecteerd op voorraadmateriaal om te snijden.Het proces van Munz (1956) reproduceerde een driedimensionaal beeld van een object door selectief, laag voor laag, een foto-emulsie op een neergaande zuiger te belichten.Na bevestiging bevat een stevige transparante cilinder een afbeelding van het object.

— Joseph J. Beaman
“De oorsprong van Rapid Prototyping – RP komt voort uit de steeds groter wordende CAD-industrie, meer specifiek de solide modelleringskant van CAD.Voordat solide modellering eind jaren tachtig werd geïntroduceerd, werden driedimensionale modellen gemaakt met draadframes en oppervlakken.Maar pas met de ontwikkeling van echt solide modellering konden innovatieve processen zoals RP worden ontwikkeld.Charles Hull, medeoprichter van 3D Systems in 1986, ontwikkelde het eerste RP-proces.Dit proces, stereolithografie genaamd, bouwt objecten door dunne opeenvolgende lagen van bepaalde ultraviolette lichtgevoelige vloeibare harsen uit te harden met een laser met laag vermogen.Met de introductie van RP konden CAD-solid-modellen plotseling tot leven komen”.

De technologieën die Solid Freeform Fabrication worden genoemd, zijn wat we vandaag herkennen als rapid prototyping, 3D-printen of additive manufacturing: Swainson (1977), Schwerzel (1984) werkten aan de polymerisatie van een lichtgevoelig polymeer op de kruising van twee computergestuurde laserstralen.Ciraud (1972) overwoog magnetostatische of elektrostatische depositie met elektronenstraal, laser of plasma voor gesinterde oppervlaktebekleding.Deze werden allemaal voorgesteld, maar het is niet bekend of er werkende machines zijn gebouwd.Hideo Kodama van het Nagoya Municipal Industrial Research Institute was de eerste die een verslag publiceerde van een solide model dat was vervaardigd met behulp van een fotopolymeer rapid prototyping-systeem (1981).Het allereerste 3D rapid prototyping-systeem dat vertrouwt op Fused Deposition Modeling (FDM) werd gemaakt in april 1992 door Stratasys, maar het patent werd pas op 9 juni 1992 verleend. Sanders Prototype, Inc introduceerde de eerste desktop inkjet 3D Printer (3DP) met behulp van een uitvinding van 4 augustus 1992 (Helinski), Modelmaker 6Pro eind 1993 en vervolgens de grotere industriële 3D-printer, Modelmaker 2, in 1997. Z-Corp met behulp van de MIT 3DP-poederbinding voor Direct Shell Casting (DSP), uitgevonden in 1993, werd geïntroduceerd om op de markt in 1995. Zelfs in dat vroege stadium werd aangenomen dat de technologie een plaats had in de productiepraktijk.Een uitvoer met lage resolutie en lage sterkte had waarde bij ontwerpverificatie, matrijzenbouw, productiemallen en andere gebieden.Uitgangen zijn gestaag vooruitgegaan in de richting van toepassingen met hogere specificaties.Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) begon als een fabrikant van Rapid Prototyping 3D-printen met de Modelmaker 6Pro voor het maken van opofferende thermoplastische patronen van CAD-modellen die gebruik maakt van Drop-On-Demand (DOD) inkjet single nozzle-technologie.

Er wordt voortdurend gezocht naar innovaties om de snelheid en het vermogen om met massaproductietoepassingen om te gaan te verbeteren.Een dramatische ontwikkeling die RP deelt met aanverwante CNC-gebieden, is de freeware open-sourcing van toepassingen op hoog niveau die een volledige CAD-CAM-toolketen vormen.Hierdoor is een gemeenschap van fabrikanten van apparaten met een lage resolutie ontstaan.Hobbyisten hebben zelfs uitstapjes gemaakt naar meer veeleisende ontwerpen van apparaten met lasereffecten

De eerste lijst met RP-processen of fabricagetechnologieën die in 1993 werd gepubliceerd, is geschreven door Marshall Burns en legt elk proces zeer grondig uit.Het noemt ook enkele technologieën die voorlopers waren van de namen in de onderstaande lijst.Bijvoorbeeld: Visual Impact Corporation produceerde alleen een prototype printer voor wasafzetting en gaf het patent vervolgens in licentie aan Sanders Prototype, Inc.BPM gebruikte dezelfde inkjets en materialen.