Արագ նախատիպավորում

Արագ նախատիպային մեքենա՝ օգտագործելով ընտրովի լազերային սինթերինգ (SLS)

3D մոդելի կտրում
Արագ նախատիպավորումը տեխնիկայի խումբ է, որն օգտագործվում է ֆիզիկական մասի կամ հավաքույթի մասշտաբային մոդելի արագ պատրաստման համար՝ օգտագործելով եռաչափ համակարգչային նախագծման (CAD) տվյալները:Մասի կամ մոնտաժի կառուցումը սովորաբար կատարվում է 3D տպագրության կամ «լրացուցիչ շերտերի արտադրություն» տեխնոլոգիայի միջոցով:

Արագ նախատիպերի առաջին մեթոդները հասանելի դարձան 1980-ականների կեսերին և օգտագործվեցին մոդելների և նախատիպային մասերի արտադրության համար:Այսօր դրանք օգտագործվում են կիրառությունների լայն շրջանակի համար և օգտագործվում են արտադրության որակի մասերի արտադրության համար համեմատաբար փոքր քանակությամբ, եթե ցանկանաք, առանց բնորոշ անբարենպաստ կարճաժամկետ տնտեսության:Այս տնտեսությունը խրախուսել է առցանց սպասարկման բյուրոները:RP տեխնոլոգիայի պատմական հետազոտությունները սկսվում են 19-րդ դարի քանդակագործների կողմից օգտագործված սիմուլակրաների արտադրության տեխնիկայի քննարկումներով:Որոշ ժամանակակից քանդակագործներ օգտագործում են սերունդների տեխնոլոգիան ցուցահանդեսներ և տարբեր առարկաներ արտադրելու համար:Տվյալների հավաքածուից նմուշները վերարտադրելու ունակությունը առաջացրել է իրավունքների հետ կապված խնդիրներ, քանի որ այժմ հնարավոր է միաչափ պատկերներից ծավալային տվյալները ներբեռնել:

Ինչպես CNC-ի նվազեցման մեթոդների դեպքում, CAD-CAM-ի համակարգչային օգնությամբ արտադրություն CAD-CAM աշխատանքային հոսքը ավանդական արագ նախատիպային գործընթացում սկսվում է երկրաչափական տվյալների ստեղծմամբ՝ կա՛մ որպես 3D պինդ՝ օգտագործելով CAD աշխատանքային կայանը, կա՛մ 2D հատվածներ՝ օգտագործելով սկանավորման սարք:Արագ նախատիպերի համար այս տվյալները պետք է ներկայացնեն վավեր երկրաչափական մոդել.մասնավորապես, մեկը, որի սահմանային մակերեսները պարփակում են վերջավոր ծավալ, չեն պարունակում անցքեր, որոնք բացահայտում են ներսը և չեն ծալվում իրենց վրա:Այլ կերպ ասած, օբյեկտը պետք է ունենա «ներս»:Մոդելը վավեր է, եթե 3D տարածության յուրաքանչյուր կետի համար համակարգիչը կարող է եզակիորեն որոշել՝ արդյոք այդ կետը գտնվում է մոդելի սահմանային մակերեսի ներսում, վրա կամ դրսում:CAD հետպրոցեսորները կհամապատասխանեն հավելվածի վաճառողների ներքին CAD երկրաչափական ձևերին (օրինակ՝ B-splines) պարզեցված մաթեմատիկական ձևով, որն իր հերթին արտահայտվում է տվյալների որոշակի ձևաչափով, որը սովորական հատկանիշ է հավելումների արտադրության մեջ. STL ֆայլի ձևաչափ, դե ֆակտո ստանդարտ՝ ամուր երկրաչափական մոդելները SFF մեքենաներին փոխանցելու համար:

Փաստացի SFF-ի, արագ նախատիպերի, 3D տպագրության կամ հավելումների արտադրության մեխանիզմը վարելու համար անհրաժեշտ շարժման վերահսկման հետագծերը ձեռք բերելու համար պատրաստված երկրաչափական մոդելը սովորաբար կտրվում է շերտերի, իսկ հատվածները սկանավորվում են գծերի մեջ (առաջացնելով «2D գծագիր», որն օգտագործվում է ստեղծելու համար: հետագիծը, ինչպես CNC-ի գործիքային ուղին), ընդօրինակելով շերտից շերտ ֆիզիկական կառուցման գործընթացը:

1. Կիրառման ոլորտները
Արագ նախատիպավորումը սովորաբար կիրառվում է նաև ծրագրային ապահովման ճարտարագիտության մեջ՝ փորձելու նոր բիզնես մոդելներ և կիրառական ճարտարապետություններ, ինչպիսիք են օդատիեզերական, ավտոմոբիլային, ֆինանսական ծառայություններ, արտադրանքի մշակում և առողջապահություն:Ավիատիեզերական նախագծման և արդյունաբերական թիմերը հիմնվում են նախատիպերի վրա՝ արդյունաբերության մեջ նոր AM մեթոդոլոգիաներ ստեղծելու համար:Օգտագործելով SLA-ն, նրանք կարող են մի քանի օրվա ընթացքում արագ պատրաստել իրենց նախագծերի բազմաթիվ տարբերակներ և սկսել ավելի արագ փորձարկումներ:Rapid Prototyping-ը թույլ է տալիս դիզայներներին/մշակողներին ճշգրիտ պատկերացում կազմել այն մասին, թե ինչպես կստացվի պատրաստի արտադրանքը, նախքան նախատիպի վրա չափազանց շատ ժամանակ և գումար հատկացնելը:Արագ նախատիպավորման համար օգտագործվող 3D տպագրությունը թույլ է տալիս իրականացնել արդյունաբերական 3D տպագրություն:Դրանով դուք կարող եք ունենալ մեծածավալ կաղապարներ պահեստամասերի համար, որոնք արագ դուրս են մղվում կարճ ժամանակահատվածում:

2. Պատմություն
1970-ականներին Ջոզեֆ Հենրի Կոնդոնը և այլոք Bell Labs-ում մշակեցին Unix Circuit Design System (UCDS)՝ ավտոմատացնելով աշխատատար և սխալների հակված խնդիրը՝ գծագրերը ձեռքով փոխարկելու տպատախտակները՝ հետազոտության և զարգացման նպատակով:

1980-ականներին ԱՄՆ-ի քաղաքականություն մշակողները և արդյունաբերական մենեջերները ստիպված եղան նկատի ունենալ, որ հաստոցների արտադրության ոլորտում Ամերիկայի գերակայությունը գոլորշիացել է, ինչը կոչվում էր հաստոցաշինական ճգնաժամ:Բազմաթիվ նախագծեր փորձում էին հակազդել այս միտումներին CNC CAM ավանդական տարածքում, որը սկսվել էր ԱՄՆ-ում:Ավելի ուշ, երբ Rapid Prototyping Systems-ը դուրս եկավ լաբորատորիաներից՝ առևտրայնացնելու համար, պարզվեց, որ զարգացումներն արդեն միջազգային են, և ԱՄՆ-ի արագ նախատիպային ընկերությունները շքեղություն չէին ունենա թույլ տալու, որ կապարը կորչի:Ազգային գիտական ​​հիմնադրամը հովանոց էր Ազգային ավիացիայի և տիեզերական գործակալության (NASA), ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարության, ԱՄՆ առևտրի նախարարության NIST-ի, ԱՄՆ պաշտպանության նախարարության, պաշտպանության առաջադեմ հետազոտական ​​նախագծերի գործակալության (DARPA) և գրասենյակի համար: Naval Research-ը համակարգել է ուսումնասիրությունները՝ ռազմավարական պլանավորողներին իրենց քննարկումների ժամանակ տեղեկացնելու համար:Այդպիսի զեկույցներից մեկն էր 1997 թվականի Արագ նախատիպավորումը Եվրոպայում և Ճապոնիայում պանելային զեկույցը, որտեղ DTM կորպորացիայի հիմնադիր Ջոզեֆ Ջ. Բիմանը պատմական հեռանկար է ներկայացնում.

Արագ նախատիպավորման տեխնոլոգիայի արմատները կարելի է գտնել տեղագրության և ֆոտոքանդակագործության մեջ:ՏՈՊՈԳՐԱՖԻԱՅԻ շրջանակներում Բլանթերը (1892) առաջարկեց շերտավոր մեթոդ՝ բարձրացված ռելիեֆային թղթի տեղագրական քարտեզների համար կաղապար պատրաստելու համար: Գործընթացը ներառում էր ուրվագծային գծերի կտրում մի շարք թիթեղների վրա, որոնք այնուհետև շարվում էին:Matsubara-ն (1974) Mitsubishi-ից առաջարկել է տեղագրական պրոցես ֆոտո-կարծրացող ֆոտոպոլիմերային խեժով, որը ձևավորել է բարակ շերտեր, որոնք կուտակվել են ձուլման կաղապար պատրաստելու համար:ԼՈՒՍԱՆԿԱՐՔԸ 19-րդ դարի տեխնիկա էր՝ ստեղծելու առարկաների ճշգրիտ եռաչափ կրկնօրինակներ։Ամենահայտնին Ֆրանսուա Վիլլեմը (1860թ.) 24 տեսախցիկ է տեղադրել շրջանաձև զանգվածի մեջ և միաժամանակ լուսանկարել առարկան:Այնուհետև յուրաքանչյուր լուսանկարի ուրվագիծն օգտագործվեց կրկնօրինակը քանդակելու համար:Մորիոկան (1935, 1944) մշակել է հիբրիդային ֆոտոքանդակ և տեղագրական գործընթաց՝ օգտագործելով կառուցվածքային լույս՝ օբյեկտի ուրվագծային գծերը լուսանկարչական ձևով ստեղծելու համար։Այնուհետև գծերը կարող են վերածվել թիթեղների և կտրատվել և շարվել կամ նախագծվել փորագրման համար նախատեսված պահեստային նյութի վրա:The Munz (1956) Գործընթացը վերարտադրեց օբյեկտի եռաչափ պատկերը՝ ընտրովի մերկացնելով, շերտ առ շերտ, ֆոտոէմուլսիա իջեցնող մխոցի վրա:Ամրագրելուց հետո ամուր թափանցիկ գլան պարունակում է օբյեկտի պատկեր:

— Ջոզեֆ Ջ. Բիման
«Արագ նախատիպավորման ծագումը – RP-ն բխում է CAD-ի անընդհատ աճող արդյունաբերությունից, ավելի կոնկրետ՝ CAD-ի ամուր մոդելավորման կողմից:Մինչ ամուր մոդելավորման ներդրումը 1980-ականների վերջին, եռաչափ մոդելներ ստեղծվեցին մետաղական շրջանակներով և մակերեսներով:Բայց մինչև իրական պինդ մոդելավորման զարգացումը չհաջողվի զարգացնել այնպիսի նորարարական գործընթացներ, ինչպիսին RP-ն է:Չարլզ Հալը, ով օգնեց ստեղծել 3D Systems 1986 թվականին, մշակեց առաջին RP գործընթացը:Այս գործընթացը, որը կոչվում է ստերեոլիթոգրաֆիա, կառուցում է առարկաներ՝ ուլտրամանուշակագույն լույսի նկատմամբ զգայուն հեղուկ խեժերի բարակ շերտերը ցածր հզորության լազերային օգնությամբ բուժելով:RP-ի ներդրմամբ CAD կոշտ մոդելները կարող են հանկարծակի կյանքի կոչվել»:

Տեխնոլոգիաները, որոնք կոչվում են Solid Freeform Fabrication, այն են, ինչ մենք այսօր ճանաչում ենք որպես արագ նախատիպավորում, 3D տպագրություն կամ հավելումների արտադրություն. Swainson (1977), Schwerzel (1984) աշխատել են լուսազգայուն պոլիմերի պոլիմերացման վրա երկու համակարգչային կառավարվող լազերային ճառագայթների խաչմերուկում:Ciraud-ը (1972) դիտարկել է մագնիսաստատիկ կամ էլեկտրաստատիկ նստեցում էլեկտրոնային ճառագայթով, լազերային կամ պլազմայով սինթերված մակերեսի երեսպատման համար:Սրանք բոլորն առաջարկվել են, սակայն հայտնի չէ, թե արդյոք կառուցվել են աշխատանքային մեքենաներ:Նագոյայի քաղաքային արդյունաբերական հետազոտությունների ինստիտուտից Հիդեո Կոդաման առաջինն էր, ով հրապարակեց ֆոտոպոլիմերային արագ նախատիպային համակարգի միջոցով պատրաստված ամուր մոդելի պատմություն (1981):Առաջին 3D արագ նախատիպավորման համակարգը, որը հիմնված է Fused Deposition Modeling (FDM) վրա, ստեղծվել է 1992 թվականի ապրիլին Stratasys-ի կողմից, սակայն արտոնագիրը տրվել է մինչև 1992 թվականի հունիսի 9-ը: Sanders Prototype, Inc-ը ներկայացրել է առաջին սեղանադիր թանաքային 3D տպիչը (3DP)՝ օգտագործելով գյուտը 1992 թվականի օգոստոսի 4-ից (Հելինսկի), Modelmaker 6Pro 1993-ի վերջին և այնուհետև ավելի մեծ արդյունաբերական 3D տպիչը՝ Modelmaker 2, 1997 թ.-ին: Z-Corp-ը, օգտագործելով MIT 3DP փոշու կապը Direct Shell Casting-ի (DSP) համար, հայտնագործվել է 1993 թ. շուկան 1995թ.-ին: Նույնիսկ այդ վաղ շրջանում տեխնոլոգիան համարվում էր իր տեղն արտադրական պրակտիկայում:Ցածր լուծաչափը, ցածր ուժի արդյունքը արժեք ուներ դիզայնի ստուգման, կաղապարների պատրաստման, արտադրական ջիգերի և այլ ոլորտներում:Արդյունքները անշեղորեն առաջ են գնացել դեպի ավելի բարձր սպեցիֆիկացիաների օգտագործում:Sanders Prototype, Inc.-ը (Solidscape) սկսել է աշխատել որպես արագ նախատիպային 3D տպագրության արտադրող Modelmaker 6Pro-ով, CAD մոդելների զոհաբերական ջերմապլաստիկ նախշեր պատրաստելու համար, օգտագործում է Drop-On-Demand (DOD) թանաքային մեկ վարդակ տեխնոլոգիա:

Անընդհատ նորարարություններ են որոնվում՝ բարելավելու արագությունը և զանգվածային արտադրության կիրառությունները հաղթահարելու կարողությունը:Դրամատիկ զարգացումը, որը RP-ն կիսում է առնչվող CNC տարածքների հետ, բարձր մակարդակի հավելվածների անվճար բաց կոդավորումն է, որը կազմում է մի ամբողջ CAD-CAM գործիքների շղթա:Սա ստեղծել է ցածր ռեսուրսներով սարքեր արտադրողների համայնք:Հոբբիստները նույնիսկ ներխուժել են լազերային ազդեցություն ունեցող սարքերի ավելի պահանջկոտ դիզայներ

RP Processes-ի կամ Fabrication Technologies-ի ամենավաղ ցուցակը, որը հրապարակվել է 1993 թվականին, գրվել է Մարշալ Բերնսի կողմից և շատ մանրակրկիտ բացատրում է յուրաքանչյուր գործընթաց:Այն նաև նշում է որոշ տեխնոլոգիաներ, որոնք ստորև բերված ցանկի անունների նախադրյալներն էին:Օրինակ՝ Visual Impact Corporation-ը արտադրեց միայն մոմի նստեցման համար տպիչի նախատիպը, իսկ փոխարենը արտոնագիրը արտոնագրեց Sanders Prototype, Inc.-ին:BPM-ն օգտագործում էր նույն թանաքային շիթերը և նյութերը: