Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с цифровым прототипированием .
Эта статья посвящена быстрому прототипированию физических объектов. Для быстрого создания прототипов программного обеспечения см. Раздел «Быстрая разработка приложений» .
Машина для быстрого прототипирования с использованием селективного лазерного спекания (SLS)
Нарезка 3D-модели

Быстрое прототипирование - это группа методов, используемых для быстрого изготовления масштабной модели физической детали или сборки с использованием данных трехмерного компьютерного проектирования ( САПР ). [1] [2] Конструкция детали или сборки обычно выполняется с использованием технологии 3D-печати или « аддитивного производства слоев ». [3]

Первые методы быстрого прототипирования стали доступны в конце 1980-х годов и использовались для производства моделей и прототипов деталей. Сегодня они используются для широкого спектра применений и используются для производства деталей производственного качества в относительно небольших количествах, если это необходимо, без типичной неблагоприятной краткосрочной экономики. [4] Эта экономика способствовала развитию онлайн-сервисов. Исторические обзоры технологии RP [2] начинаются с обсуждения методов изготовления симулякров , используемых скульпторами XIX века. Некоторые современные скульпторы используют технологию потомства для создания выставок и различных предметов. [5] Возможность воспроизводить дизайны из набора данных вызвала проблемы с правами, поскольку теперь можно интерполировать объемные данные из одномерных изображений.

Как и в случае с вычитающими методами ЧПУ , рабочий процесс автоматизированное проектирование - автоматизированное производство CAD - CAM в традиционном процессе быстрого прототипирования начинается с создания геометрических данных либо в виде трехмерного твердого тела с использованием рабочей станции САПР, либо в виде двухмерных срезов с использованием сканирующее устройство. Для быстрого прототипирования эти данные должны представлять действительную геометрическую модель; а именно такой, граничные поверхности которого охватывают конечный объем, не содержат отверстий, открывающих внутреннюю часть, и не загибаются сами по себе. [6]Другими словами, у объекта должна быть «внутренность». Модель действительна, если для каждой точки в трехмерном пространстве компьютер может однозначно определить, находится ли эта точка внутри, на или за пределами граничной поверхности модели. Постпроцессоры САПР аппроксимируют внутренние геометрические формы САПР поставщиков приложений (например, B-сплайны) с помощью упрощенной математической формы, которая, в свою очередь, выражается в заданном формате данных, который является общей чертой в аддитивном производстве : формат файла STL , стандарт де - факто для передачи твердых геометрических моделей машин SFF. [7]

Чтобы получить необходимые траектории управления движением для управления фактическим механизмом SFF, быстрого прототипирования, 3D-печати или аддитивного производства , подготовленная геометрическая модель обычно разрезается на слои, и срезы сканируются в линии (создавая «2D-чертеж», используемый для создания траектория, как в траектории инструмента ЧПУ ), имитируя в обратном порядке процесс физического построения от уровня к уровню. [ необходима цитата ]

Области применения [ править ]

Системы трехмерного производства позволяют создавать и испытывать электромобили за один год. [8] Быстрое прототипирование также широко применяется в разработке программного обеспечения для опробования новых бизнес-моделей и архитектур приложений, таких как аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, разработка продуктов и здравоохранение. [9] Команды аэрокосмического дизайна и промышленности полагаются на прототипы для создания новых методологий AM в отрасли. Используя SLA, они могут быстро создать несколько версий своих проектов за несколько дней и быстрее начать тестирование. [10] Rapid Prototyping позволяет дизайнерам / разработчикам дать точное представление о том, каким будет готовый продукт, прежде чем вкладывать слишком много времени и денег в прототип. [11]3D-печать, используемая для быстрого прототипирования, позволяет осуществлять промышленную 3D-печать. Благодаря этому вы можете быстро откачивать крупногабаритные пресс-формы для запасных частей за короткий период времени. [12]

История [ править ]

В 1970-х годах Джозеф Генри Кондон и другие сотрудники Bell Labs разработали систему проектирования схем Unix (UCDS), автоматизирующую трудоемкую и подверженную ошибкам задачу ручного преобразования чертежей для изготовления печатных плат в целях исследований и разработок.

К 1980-м годам политики и руководители промышленных предприятий США были вынуждены принять к сведению, что доминирование Америки в области производства станков испарилось, что было названо кризисом станков. Многочисленные проекты были направлены на противодействие этим тенденциям в традиционной области CNC CAM , которая началась в США. Позже, когда системы быстрого прототипирования вышли из лабораторий для коммерциализации, было признано, что разработки уже приобрели международный характер, и американские компании, занимающиеся быстрым прототипированием, не смогут позволить себе ускользнуть. Национальный научный фонд был зонтом для Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства ( НАСА ), в Департаменте энергетики США , темМинистерство торговли США NIST , Министерство обороны США , Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов ( DARPA ) и Управление военно-морских исследований координировали исследования, чтобы информировать разработчиков стратегического планирования в своих обсуждениях. Одним из таких отчетов был отчет группы экспертов по быстрому прототипированию в Европе и Японии 1997 года [2], в котором Джозеф Дж. Биман [13], основатель DTM Corporation [на фото DTM RapidTool], представляет историческую перспективу:

Корни технологии быстрого прототипирования можно проследить до практики в топографии и фотоскульптуре. В рамках TOPOGRAPHY Блантер (1892) предложил слоистый метод изготовления формы для рельефных бумажных топографических карт. Процесс включал вырезание контурных линий на серии пластин, которые затем укладывались друг на друга. Мацубара (1974) из Mitsubishi предложил топографический процесс с фотоотверждающейся фотополимерной смолой для формирования тонких слоев, уложенных друг на друга для изготовления литейной формы. ФОТОСКУЛЬПТУРА - это техника 19 века для создания точных трехмерных копий объектов. Самый известный Франсуа Виллем(1860) разместил 24 камеры в круговой матрице и одновременно сфотографировал объект. Затем силуэт каждой фотографии использовался для создания копии. Мориока (1935, 1944) разработал гибридную фото-скульптуру и топографический процесс, используя структурированный свет для фотографического создания контурных линий объекта. Эти линии затем можно было преобразовать в листы, вырезать и сложить или спроецировать на исходный материал для резьбы. Процесс Munz (1956) воспроизводил трехмерное изображение объекта путем выборочного экспонирования, слой за слоем, фотоэмульсии на опускающемся поршне. После фиксации цельный прозрачный цилиндр содержит изображение объекта.

-  Джозеф Дж. Биман [14]

«Истоки быстрого прототипирования - RP проистекает из постоянно растущей индустрии САПР, в частности, в области твердотельного моделирования в САПР. До того, как твердотельное моделирование было введено в конце 1980-х годов, трехмерные модели создавались с использованием каркасов и поверхностей. Но только после создания настоящего твердотельного моделирования можно было разработать инновационные процессы, такие как RP. Чарльз Халл, который помогал основать 3D Systems в 1986 году, разработал первый процесс RP. Этот процесс, называемый стереолитографией, создает объекты путем отверждения тонких последовательных слоев определенного ультрафиолета. светочувствительные жидкие смолы с помощью маломощного лазера. С появлением RP твердотельные модели CAD могут внезапно ожить ». [15]

Технологии, называемые Solid Freeform Fabrication, сегодня мы называем быстрым прототипированием, 3D-печатью или аддитивным производством : Swainson (1977), Schwerzel (1984) работали над полимеризацией светочувствительного полимера на пересечении двух управляемых компьютером лазерных лучей . Ciraud (1972) рассматривал магнитостатическое или электростатическое осаждение электронным лучом , лазером или плазмой.для плакирования спеченных поверхностей. Все они были предложены, но неизвестно, были ли построены рабочие машины. Хидео Кодама из Городского научно-исследовательского института промышленности Нагои был первым, кто опубликовал отчет о твердой модели, изготовленной с использованием системы быстрого прототипирования фотополимеров (1981). [2] Самая первая система быстрого 3D-прототипирования, основанная на моделировании наплавленного осаждения (FDM), была создана в апреле 1992 года компанией Stratasys, но патент не был выдан до 9 июня 1992 года. Sanders Prototype, Inc представила первый настольный струйный 3D-принтер (3DP ) с использованием изобретения от 4 августа 1992 г. (Helinski), Modelmaker 6Pro в конце 1993 г., а затем более крупного промышленного 3D-принтера Modelmaker 2 в 1997 г. [16]Z-Corp, использующая порошковое связующее MIT 3DP для прямого литья оболочки (DSP), изобретенное в 1993 году, была представлена ​​на рынке в 1995 году. [17] Даже в то время эта технология считалась находящейся в производственной практике. Низкое разрешение и низкая прочность имеют значение при проверке конструкции, изготовлении пресс-форм, производственных приспособлений и других областях. Выходные данные неуклонно продвигались к использованию с более высокими требованиями. [18] Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) начала свою деятельность как производитель 3D-печати для быстрого прототипирования с Modelmaker 6Pro для изготовления жертвенных термопластичных шаблонов моделей САПР, использующих технологию струйной струйной печати Drop-On-Demand (DOD) с одним соплом. [17]

Постоянно ведется поиск инноваций для повышения скорости и способности справляться с приложениями массового производства. [19] Резкое развитие, которое RP разделяет со смежными областями ЧПУ, - это бесплатный открытый исходный код приложений высокого уровня, которые составляют всю цепочку инструментов CAD - CAM . Это создало сообщество производителей устройств с низким разрешением. Любители даже предприняли набеги на более требовательные конструкции устройств с лазерным эффектом [20].

Самый ранний список процессов RP или технологий изготовления, опубликованный в 1993 году, был написан Маршаллом Бернсом и очень подробно объясняет каждый процесс. Он также называет некоторые технологии, которые были предшественниками названий в списке ниже. Например: Visual Impact Corporation произвела только прототип принтера для нанесения парафина, а затем вместо этого выдала лицензию на патент компании Sanders Prototype, Inc. BPM использовала те же струйные принтеры и материалы. [21]

См. Также [ править ]

  • Цифровое моделирование и изготовление
  • Fab lab
  • Лазерное формование сетки
  • Минимально жизнеспособный продукт
  • Открытое оборудование
  • Быстрая оснастка
  • Универсальный конструктор фон Неймана

Ссылки [ править ]

  1. ^ eFunda, Inc. «Быстрое прототипирование: обзор» . Efunda.com . Проверено 14 июня 2013 .
  2. ^ a b c d "Отчет группы JTEC / WTEC по быстрому созданию прототипов в Европе и Японии" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 30 августа 2017 года . Проверено 28 декабря 2016 .
  3. ^ «Интервью с доктором Грегом Гиббонсом, Аддитивное производство, WMG, Университет Уорика», Уорикский университет, KnowledgeCentre. Архивировано 22 октября 2013 г. в Wayback Machine . Доступ 18 октября 2013 г.
  4. ^ Liou, Frank W. (2007). «Процессы быстрого прототипирования» . Быстрое прототипирование и инженерные приложения: набор инструментов для разработки прототипов . CRC Press. п. 215. ISBN 978-1-4200-1410-5.
  5. ↑ Унгер, Майлз (25 апреля 1999 г.). «ИСКУССТВО / АРХИТЕКТУРА. Взять на себя джойстик естественного отбора» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 22 декабря 2019 года .
  6. ^ Kocovic, Петар (2017). 3D-печать и ее влияние на производство полнофункциональных компонентов: новые исследования и возможности: новые исследования и возможности . IGI Global. п. xxii. ISBN 978-1-5225-2290-4.
  7. Перейти ↑ Chang, Kuang-Hua (2013). Оценка производительности продукта с использованием CAD / CAE: Серия автоматизированного проектирования . Академическая пресса. п. 22. ISBN 978-0-12-398460-9.
  8. ^ Революционный новый электромобиль, построенный и испытанный за один год с системой 3D-производства Objet1000 из нескольких материалов
  9. ^ Haberle, Т. (201x). «Подключенный автомобиль в облаке: платформа для создания прототипов телематических услуг». Программное обеспечение IEEE . 32 (6): 11–17. DOI : 10.1109 / MS.2015.137 .
  10. ^ Новая эра быстрого прототипирования. (nd). Получено 24 февраля 2021 г. с https://www.machinedesign.com/3d-printing-cad/article/21837908/the-new-age-of-rapid-prototyping.
  11. ↑ Ye, R. (18 августа 2020 г.). Преимущества быстрого прототипирования и приложения - 3erp. Получено 24 февраля 2021 г. с https://www.3erp.com/blog/rapid-prototyping-advantages-applications/.
  12. ^ 3D принтеры промышленные. (nd). Проверено 24 февраля 2021, от https://www8.hp.com/us/en/printers/3d-printers/industries/industrial.html?jumpid=ps_4196a3d547&gclid=Cj0KCQiAj9iBBhCJARIsAE9qRtCL5_JKJBwDmyH8-5WH2lw9i2Iuvs917HZL7lwpe8nW8RVHY5276T4aAnBeEALw_wcB&gclsrc=aw.ds
  13. ^ История лазерного аддитивного производства "История лазерного аддитивного производства" . Архивировано из оригинала на 2013-02-13 . Проверено 15 мая 2013 .
  14. ^ Отчет группы JTEC / WTEC по быстрому прототипированию в Европе и Японии стр.24
  15. ^ Купер, Кеннет Г. (2001). Технология быстрого прототипирования: выбор и применение . Нью-Йорк: Марсель Деккер. С. 2–3, 9–10. ISBN 0-8247-0261-1. OCLC  45873626 .
  16. ^ Zalud, Тодд (9 октября 1967). «Машинный дизайн - не печатайте чертеж - печатайте деталь» . penton.com/md .
  17. ^ a b Барнатт, Кристофер, 1967- (2013). 3D-печать: следующая промышленная революция . [Ноттингем, Англия?]: ExplainingTheFuture.com. С. 38, 54–57, 75. ISBN 978-1-4841-8176-8. OCLC  854672031 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  18. ^ SME Wolhers /
  19. ^ Хейс, Джонатан (2002) Параллельная печать и термография для быстрого производства: резюме. Диссертация на английский язык в Уорикском университете. . Доступ 18 октября 2013 г.
  20. ^ «Будут ли 3D печать Нажмите Мимо Hobbyist рынка?», Фискальные Таймсы, 2 сентября 2013 . Доступ 18 октября 2013 г.
  21. ^ Бернс, Маршалл (1993). Автоматизированное производство: повышение производительности производства . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: PTR Prentice Hall. ISBN 0-13-119462-3. OCLC  27810960 .

Библиография [ править ]

  • Райт, Пол К. (2001). Производство 21 века . Нью-Джерси: Prentice-Hall Inc.

Внешние ссылки [ править ]

  • Веб- сайты быстрого прототипирования в Curlie