Быстрое прототипирование - Rapid prototyping

Не путать с Цифровое прототипирование.
Эта статья посвящена быстрому прототипированию физических объектов. Для быстрого создания прототипов программного обеспечения см. быстрая разработка приложений.
Машина для быстрого прототипирования с использованием селективное лазерное спекание (SLS)
Нарезка 3D модели

Быстрое прототипирование представляет собой группу методов, используемых для быстрого изготовления масштабная модель физической детали или сборки с использованием трехмерный системы автоматизированного проектирования (CAD ) данные.[1][2]Конструкция детали или сборки обычно выполняется с использованием 3D печать или "аддитивное производство " технологии.[3]

Первые методы быстрого прототипирования стали доступны в конце 1980-х и использовались для производства модели и прототип части. Сегодня они используются в широком спектре приложений и используются для производство при желании качественные детали производства в относительно небольшом количестве без типичной неблагоприятной краткосрочной экономики.[4] Эта экономика стимулировала создание онлайн-сервисных бюро. Исторические обзоры технологии RP[2] начать с обсуждения симулякры техника изготовления скульпторов XIX века. Некоторые современные скульпторы использовать технологию потомства для производства выставки и различные предметы.[5] Возможность воспроизводить дизайны из набора данных вызвала проблемы с правами, поскольку теперь можно интерполировать объемные данные из одномерных изображений.

Как и с ЧПУ вычитающие методы, автоматизированное проектирование - автоматизированное производство CAD -CAM Рабочий процесс в традиционном процессе быстрого прототипирования начинается с создания геометрических данных либо в виде трехмерного твердого тела с помощью рабочей станции САПР, либо в виде двухмерных срезов с использованием сканирующего устройства. 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 указанном формате данных, который является общей чертой в производство добавок: STL формат файла, a стандарт де-факто для переноса твердотельных геометрических моделей на станки SFF.[7]

Чтобы получить необходимые траектории управления движением для управления фактическим SFF, быстрое прототипирование, 3D печать или механизм аддитивного производства подготовленная геометрическая модель обычно разбивается на слои, и срезы сканируются в линии (создавая «2D-чертеж», используемый для создания траектории, как показано на ЧПУ траектории инструмента), имитируя в обратном порядке процесс физического строительства от уровня к уровню.[нужна цитата ]

Области применения

3D производственные системы позволять электромобили будет построен и испытан в течение одного года.[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]

История

В 1970-е годы Джозеф Генри Кондон и другие на Bell Labs разработал Система проектирования схем Unix (UCDS), автоматизирующий трудоемкую и подверженную ошибкам задачу ручного преобразования чертежей для изготовления печатных плат для целей 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 стремились противостоять этим тенденциям в традиционных ЧПУ CAM область, которая началась в США. Позже, когда системы быстрого прототипирования вышли из лабораторий для коммерциализации, было признано, что разработки уже являются международными, и американские компании, занимающиеся быстрым прототипированием, не смогут позволить себе ускользнуть. В Национальный фонд науки был зонтиком для Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА ), Министерство энергетики США, то Министерство торговли США NIST, то Министерство обороны США, Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA ), а Управление военно-морских исследований скоординированные исследования для информирования специалистов по стратегическому планированию в их обсуждениях. Одним из таких отчетов был отчет 1997 г. Быстрое прототипирование в Европе и Японии Групповой доклад[2] в котором Джозеф Дж. Биман[10] основатель DTM Corporation [на фото DTM RapidTool] предлагает 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 складывались в стопку. Мацубара (1974) из Mitsubishi предложили топографический процесс с фотоотверждением фотополимер смола 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 был использован для создания копии. Мориока (1935, 1944) разработал гибрид фото скульптура и топографический процесс с использованием структурированного света для фотографического создания контурных линий объекта. Линии затем могут быть развернуты в листы, разрезаны и сложены или спроецированы на исходный материал для вырезания. Процесс Мунца (1956) воспроизводил трехмерное изображение объекта путем выборочного экспонирования, слой за слоем, фотоэмульсии на опускающемся поршне. После фиксация, сплошной прозрачный цилиндр содержит изображение объекта.

— Джозеф Дж. Биман[11]

Технологии, называемые Solid Freeform Fabrication, - это то, что мы сегодня называем быстрым прототипированием, 3D-печатью или производство добавок: Свейнсон (1977), Шверцель (1984) работали над полимеризация светочувствительного полимера на пересечении двух управляемых компьютером лазерные лучи. Ciraud (1972) считал магнитостатический или электростатический осаждение с электронный луч, лазер или плазма для плакирования спеченных поверхностей. Все они были предложены, но неизвестно, были ли построены рабочие машины. Хидео Кодама из Городского научно-исследовательского института промышленности Нагоя был первым, кто опубликовал отчет о твердой модели, изготовленной с использованием системы быстрого прототипирования фотополимеров (1981).[2] Даже в то время считалось, что технология имеет место в производственной практике. Низкое разрешение и низкая прочность имели значение при проверке конструкции, изготовлении пресс-форм, производственных приспособлений и других областях. Выходы неуклонно продвигались к использованию с более высокими техническими характеристиками.[12]

Постоянно ведется поиск инноваций для повышения скорости и способности справляться с приложениями массового производства.[13] Драматическое развитие, которое RP разделяет с родственными ЧПУ областей - это бесплатное ПО с открытым исходным кодом для приложений высокого уровня, которые составляют целую CAD -CAM набор инструментов. Это создало сообщество производителей устройств с низким разрешением. Любители даже предприняли набеги на более требовательные конструкции устройств с лазерным эффектом.[14]

Методы

[нужна цитата ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ eFunda, Inc. «Быстрое прототипирование: обзор». Efunda.com. Получено 2013-06-14.
  2. ^ а б c d "Отчет группы JTEC / WTEC по быстрому прототипированию в Европе и Японии" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2017-08-30. Получено 2016-12-28.
  3. ^ «Интервью с доктором Грегом Гиббонсом, Аддитивное производство, WMG, Университет Уорвика», Университет Уорика, Центр знаний В архиве 2013-10-22 на Wayback Machine. Доступ 18 октября 2013 г.
  4. ^ Лиу, Фрэнк В. (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; взяв на себя джойстик естественного отбора». Нью-Йорк Таймс. Получено 22 декабря, 2019.
  6. ^ Кочович, 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. ^ Чанг, Куанг-Хуа (2013). Оценка производительности продукта с использованием CAD / CAE: серия программ автоматизированного проектирования. Академическая пресса. п. 22. ISBN  978-0-12-398460-9.
  8. ^ Революционный новый электромобиль, построенный и испытанный за один год с помощью системы трехмерного производства Objet1000 из нескольких материалов
  9. ^ Хаберле, Т. (201x). «Подключенный автомобиль в облаке: платформа для создания прототипов телематических услуг». Программное обеспечение IEEE. 32 (6): 11–17. Дои:10.1109 / MS.2015.137.
  10. ^ история лазера Производство добавок «История лазерного аддитивного производства». Архивировано из оригинал на 2013-02-13. Получено 2013-05-15.
  11. ^ Отчет группы JTEC / WTEC по быстрому созданию прототипов в Европе и Японии стр.24
  12. ^ SME Wolhers /
  13. ^ Хейс, Джонатан (2002) Параллельная печать и термография для быстрого производства: резюме. Диссертация на английский язык в Уорикском университете.. Доступ 18 октября 2013 г.
  14. ^ «Пройдет ли 3D-печать за пределы рынка для любителей?», Fiscal Times, 2 сентября 2013 г.. Доступ 18 октября 2013 г.

Библиография

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

внешняя ссылка