tạo mẫu nhanh

Máy tạo mẫu nhanh sử dụng phương pháp thiêu kết laser chọn lọc (SLS)

cắt mô hình 3D
Tạo mẫu nhanh là một nhóm các kỹ thuật được sử dụng để nhanh chóng chế tạo mô hình tỷ lệ của một bộ phận vật lý hoặc bộ phận lắp ráp bằng cách sử dụng dữ liệu thiết kế có sự trợ giúp của máy tính (CAD) ba chiều.Việc xây dựng bộ phận hoặc cụm lắp ráp thường được thực hiện bằng cách sử dụng công nghệ in 3D hoặc “sản xuất lớp phụ gia”.

Các phương pháp tạo nguyên mẫu nhanh đầu tiên có sẵn vào giữa những năm 1980 và được sử dụng để sản xuất các mô hình và bộ phận nguyên mẫu.Ngày nay, chúng được sử dụng cho nhiều ứng dụng và được sử dụng để sản xuất các bộ phận có chất lượng sản xuất với số lượng tương đối nhỏ nếu muốn mà không có tính kinh tế ngắn hạn bất lợi điển hình.Nền kinh tế này đã khuyến khích các văn phòng dịch vụ trực tuyến.Các cuộc khảo sát lịch sử về công nghệ RP bắt đầu bằng các cuộc thảo luận về kỹ thuật sản xuất simulacra được các nhà điêu khắc thế kỷ 19 sử dụng.Một số nhà điêu khắc hiện đại sử dụng công nghệ con cháu để tạo ra các triển lãm và các đồ vật khác nhau.Khả năng tái tạo các thiết kế từ tập dữ liệu đã làm phát sinh các vấn đề về quyền, vì giờ đây có thể nội suy dữ liệu thể tích từ hình ảnh một chiều.

Cũng như các phương pháp trừ CNC, quy trình CAD -CAM thiết kế có sự trợ giúp của máy tính – sản xuất có sự trợ giúp của máy tính trong quy trình tạo mẫu nhanh truyền thống bắt đầu bằng việc tạo dữ liệu hình học, dưới dạng khối 3D bằng máy trạm CAD hoặc lát cắt 2D bằng cách sử dụng máy trạm. thiết bị quét.Để tạo nguyên mẫu nhanh, dữ liệu này phải đại diện cho một mô hình hình học hợp lệ;cụ thể là, một cái có các bề mặt biên bao quanh một thể tích hữu hạn, không chứa các lỗ trống để lộ phần bên trong và không tự gập lại.Nói cách khác, đối tượng phải có “bên trong”.Mô hình hợp lệ nếu đối với mỗi điểm trong không gian 3D, máy tính có thể xác định duy nhất xem điểm đó nằm bên trong, trên hay bên ngoài bề mặt ranh giới của mô hình.Bộ hậu xử lý CAD sẽ ước tính các dạng hình học CAD bên trong của nhà cung cấp ứng dụng (ví dụ: B-splines) với dạng toán học đơn giản hóa, từ đó được thể hiện ở định dạng dữ liệu cụ thể, đây là tính năng phổ biến trong sản xuất bồi đắp: định dạng tệp STL, một tiêu chuẩn thực tế để chuyển các mô hình hình học rắn sang máy SFF.

Để có được các quỹ đạo điều khiển chuyển động cần thiết để điều khiển SFF thực tế, tạo mẫu nhanh, in 3D hoặc cơ chế sản xuất bồi đắp, mô hình hình học đã chuẩn bị thường được cắt thành các lớp và các lát được quét thành các đường (tạo ra “bản vẽ 2D” được sử dụng để tạo quỹ đạo như trong đường chạy dao của CNC), bắt chước ngược lại quy trình xây dựng vật lý từng lớp.

1. Lĩnh vực ứng dụng
Tạo mẫu nhanh cũng thường được áp dụng trong công nghệ phần mềm để thử các mô hình kinh doanh và kiến ​​trúc ứng dụng mới như Hàng không vũ trụ, Ô tô, Dịch vụ tài chính, Phát triển sản phẩm và Chăm sóc sức khỏe.Các nhóm công nghiệp và thiết kế hàng không vũ trụ dựa vào nguyên mẫu để tạo ra các phương pháp AM mới trong ngành.Sử dụng SLA, họ có thể nhanh chóng tạo nhiều phiên bản cho dự án của mình trong vài ngày và bắt đầu thử nghiệm nhanh hơn.Tạo mẫu nhanh cho phép các nhà thiết kế/nhà phát triển đưa ra ý tưởng chính xác về sản phẩm hoàn chỉnh sẽ ra sao trước khi dành quá nhiều thời gian và tiền bạc vào nguyên mẫu.In 3D đang được sử dụng cho Tạo mẫu nhanh cho phép in 3D công nghiệp diễn ra.Với điều này, bạn có thể có các khuôn quy mô lớn để bơm phụ tùng thay thế ra ngoài nhanh chóng trong một khoảng thời gian ngắn.

2. Lịch sử
Vào những năm 1970, Joseph Henry Condon và những người khác tại Bell Labs đã phát triển Hệ thống thiết kế mạch Unix (UCDS), tự động hóa nhiệm vụ tốn nhiều công sức và dễ mắc lỗi là chuyển đổi thủ công các bản vẽ sang chế tạo bảng mạch cho mục đích nghiên cứu và phát triển.

Đến những năm 1980, các nhà hoạch định chính sách và quản lý công nghiệp của Hoa Kỳ buộc phải lưu ý rằng sự thống trị của Hoa Kỳ trong lĩnh vực sản xuất máy công cụ đã biến mất, dẫn đến cuộc khủng hoảng máy công cụ.Nhiều dự án đã tìm cách chống lại những xu hướng này trong khu vực CNC CAM truyền thống, đã bắt đầu ở Hoa Kỳ.Sau đó, khi Hệ thống tạo mẫu nhanh rời khỏi phòng thí nghiệm để được thương mại hóa, người ta nhận ra rằng sự phát triển đã mang tính quốc tế và các công ty tạo mẫu nhanh của Hoa Kỳ sẽ không muốn để tuột mất vị trí dẫn đầu.Quỹ Khoa học Quốc gia là một chiếc ô cho Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia (NASA), Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, Bộ Thương mại Hoa Kỳ NIST, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng (DARPA) và Văn phòng Nghiên cứu Hải quân điều phối các nghiên cứu để thông báo cho các nhà hoạch định chiến lược trong các cuộc thảo luận của họ.Một trong những báo cáo như vậy là Báo cáo Ban hội thẩm về Tạo mẫu nhanh ở Châu Âu và Nhật Bản năm 1997, trong đó Joseph J. Beaman, người sáng lập DTM Corporation đưa ra một quan điểm lịch sử:

Nguồn gốc của công nghệ tạo mẫu nhanh có thể bắt nguồn từ các thực tiễn về địa hình và điêu khắc ảnh.Trong ĐỊA HÌNH Blanther (1892) đã đề xuất một phương pháp phân lớp để tạo khuôn cho các bản đồ địa hình bằng giấy nổi. Quá trình này bao gồm việc cắt các đường đồng mức trên một loạt các tấm mà sau đó được xếp chồng lên nhau.Matsubara (1974) của Mitsubishi đã đề xuất một quy trình địa hình với nhựa photopolyme làm cứng ảnh để tạo thành các lớp mỏng xếp chồng lên nhau để làm khuôn đúc.PHOTOSCULPTURE là một kỹ thuật của thế kỷ 19 để tạo ra các bản sao ba chiều chính xác của các vật thể.Nổi tiếng nhất là Francois Willeme (1860) đã đặt 24 máy ảnh thành một dãy hình tròn và chụp ảnh đồng thời một vật thể.Hình bóng của mỗi bức ảnh sau đó được sử dụng để chạm khắc một bản sao.Morioka (1935, 1944) đã phát triển một quy trình điêu khắc ảnh và địa hình kết hợp sử dụng ánh sáng có cấu trúc để tạo ra các đường viền của một đối tượng bằng nhiếp ảnh.Sau đó, các đường này có thể được phát triển thành các tấm, cắt và xếp chồng lên nhau, hoặc chiếu lên vật liệu gốc để chạm khắc.Quy trình Munz (1956) đã tái tạo hình ảnh ba chiều của một vật thể bằng cách phơi bày có chọn lọc, từng lớp một, nhũ tương ảnh trên pít-tông đang hạ thấp.Sau khi cố định, một hình trụ đặc trong suốt chứa ảnh của vật.

— Joseph J. Beaman
“Nguồn gốc của Tạo mẫu nhanh – RP bắt nguồn từ ngành công nghiệp CAD ngày càng phát triển, cụ thể hơn là khía cạnh tạo mô hình vững chắc của CAD.Trước khi mô hình khối được giới thiệu vào cuối những năm 1980, các mô hình ba chiều đã được tạo ra với khung dây và bề mặt.Nhưng phải đến khi phát triển mô hình khối thực sự thì các quy trình đổi mới như RP mới có thể được phát triển.Charles Hull, người đã giúp thành lập Hệ thống 3D vào năm 1986, đã phát triển quy trình RP đầu tiên.Quá trình này, được gọi là kỹ thuật in lập thể, xây dựng các vật thể bằng cách xử lý các lớp mỏng liên tiếp của một số loại nhựa lỏng nhạy cảm với ánh sáng cực tím bằng tia laser công suất thấp.Với sự ra đời của RP, các mô hình rắn CAD có thể đột nhiên trở nên sống động”.

Các công nghệ được gọi là Chế tạo dạng tự do rắn là những gì chúng ta công nhận ngày nay là tạo mẫu nhanh, in 3D hoặc sản xuất phụ gia: Swainson (1977), Schwerzel (1984) đã nghiên cứu về phản ứng trùng hợp của một loại polymer cảm quang ở giao điểm của hai chùm tia laser được điều khiển bằng máy tính.Ciraud (1972) đã xem xét lắng đọng tĩnh điện hoặc tĩnh điện bằng chùm tia điện tử, laser hoặc plasma cho lớp phủ bề mặt thiêu kết.Tất cả những thứ này đều được đề xuất nhưng không biết liệu máy móc có hoạt động được hay không.Hideo Kodama của Viện nghiên cứu công nghiệp thành phố Nagoya là người đầu tiên công bố tài khoản về một mô hình rắn được chế tạo bằng cách sử dụng hệ thống tạo mẫu nhanh photopolyme (1981).Hệ thống tạo mẫu nhanh 3D đầu tiên dựa trên Mô hình lắng đọng hợp nhất (FDM) được Stratasys thực hiện vào tháng 4 năm 1992 nhưng bằng sáng chế không được cấp cho đến ngày 9 tháng 6 năm 1992. Sanders Prototype, Inc đã giới thiệu Máy in 3D phun mực để bàn đầu tiên (3DP) sử dụng một phát minh từ ngày 4 tháng 8 năm 1992 (Helinski), Modelmaker 6Pro vào cuối năm 1993 và sau đó là máy in 3D công nghiệp lớn hơn, Modelmaker 2, vào năm 1997. Z-Corp sử dụng liên kết bột MIT 3DP cho Direct Shell Casting (DSP) được phát minh vào năm 1993 đã được giới thiệu với thị trường vào năm 1995. Ngay từ những ngày đầu tiên, công nghệ này đã được coi là có chỗ đứng trong thực tiễn sản xuất.Đầu ra có độ phân giải thấp, cường độ thấp có giá trị trong việc xác minh thiết kế, chế tạo khuôn mẫu, đồ gá sản xuất và các lĩnh vực khác.Đầu ra đã dần dần tiến tới sử dụng thông số kỹ thuật cao hơn.Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) bắt đầu với tư cách là nhà sản xuất In 3D tạo mẫu nhanh với Modelmaker 6Pro để tạo các mẫu tic Thermoplas hy sinh của các mô hình CAD sử dụng công nghệ vòi phun đơn Drop-On-Demand (DOD).

Những đổi mới liên tục được tìm kiếm, để cải thiện tốc độ và khả năng đối phó với các ứng dụng sản xuất hàng loạt.Một sự phát triển ấn tượng mà RP chia sẻ với các lĩnh vực CNC có liên quan là nguồn mở phần mềm miễn phí của các ứng dụng cấp cao cấu thành toàn bộ chuỗi công cụ CAD-CAM.Điều này đã tạo ra một cộng đồng các nhà sản xuất thiết bị có độ phân giải thấp.Những người có sở thích thậm chí đã thâm nhập vào các thiết kế thiết bị hiệu ứng laser đòi hỏi khắt khe hơn

Danh sách sớm nhất về Quy trình RP hoặc Công nghệ Chế tạo được xuất bản năm 1993 do Marshall Burns viết và giải thích rất cặn kẽ từng quy trình.Nó cũng nêu tên một số công nghệ tiền thân của các tên trong danh sách dưới đây.Ví dụ: Visual Impact Corporation chỉ sản xuất một máy in nguyên mẫu để lắng đọng sáp và sau đó cấp phép bằng sáng chế cho Sanders Prototype, Inc.BPM đã sử dụng cùng loại mực in và vật liệu.