אב טיפוס מהיר

מכונת אב טיפוס מהירה באמצעות סינטר לייזר סלקטיבי (SLS)

חיתוך מודל תלת מימד
אב טיפוס מהיר הוא קבוצה של טכניקות המשמשות לייצור מהיר של מודל מוקטן של חלק או מכלול פיזי באמצעות נתוני תכנון בעזרת מחשב תלת מימדי (CAD).בניית החלק או המכלול נעשית בדרך כלל באמצעות הדפסת תלת מימד או טכנולוגיית "ייצור שכבה מוסיפה".

השיטות הראשונות ליצירת אב טיפוס מהיר הפכו לזמינות באמצע שנות ה-80 ושימשו לייצור דגמים וחלקי אב טיפוס.כיום, הם משמשים למגוון רחב של יישומים ומשמשים לייצור חלקים באיכות ייצור במספרים קטנים יחסית אם רוצים ללא הכלכלה הטיפוסית הבלתי חיובית לטווח הקצר.כלכלה זו עודדה לשכות שירות מקוונות.סקרים היסטוריים של טכנולוגיית RP מתחילים בדיונים על טכניקות ייצור סימולקרות בהן השתמשו פסלים מהמאה ה-19.כמה פסלים מודרניים משתמשים בטכנולוגיית הצאצאים כדי לייצר תערוכות וחפצים שונים.היכולת לשחזר עיצובים ממערך נתונים הולידה בעיות של זכויות, שכן כעת ניתן לבצע אינטרפולציה של נתונים נפחיים מתמונות חד-ממדיות.

כמו בשיטות חיסור CNC, זרימת העבודה של תכנון בעזרת מחשב - ייצור בעזרת מחשב CAD -CAM בתהליך האבטיפוס המהיר המסורתי מתחיל ביצירת נתונים גיאומטריים, או כמקשה תלת מימדית באמצעות תחנת עבודה, או פרוסות דו-ממדיות באמצעות מכשיר סריקה.עבור אב טיפוס מהיר נתונים אלה חייבים לייצג מודל גיאומטרי תקף;כלומר, כזה שמשטחי הגבול שלו מקיפים נפח סופי, אינם מכילים חורים החושפים את הפנים ואינם מתקפלים על עצמם.במילים אחרות, לאובייקט חייב להיות "פנים".המודל תקף אם עבור כל נקודה בחלל התלת-ממד המחשב יכול לקבוע באופן ייחודי אם נקודה זו נמצאת בתוך, על או מחוץ למשטח הגבול של המודל.מעבדי פוסט-CAD יעריכו את הצורות הגיאומטריות הפנימיות של ספקי האפליקציות (למשל, B-splines) עם צורה מתמטית פשוטה, שבתורה מתבטאת בפורמט נתונים מוגדר שהוא מאפיין נפוץ בייצור תוסף: פורמט קובץ STL, תקן דה פקטו להעברת דגמים גיאומטריים מוצקים למכונות SFF.

כדי להשיג את מסלולי בקרת התנועה הדרושים כדי להניע את ה-SFF בפועל, אב טיפוס מהיר, הדפסת תלת מימד או מנגנון ייצור תוסף, המודל הגיאומטרי המוכן נחתך בדרך כלל לשכבות, והפרוסות נסרקות לקווים (הפקת "ציור דו מימדי" המשמש ליצירת מסלול כמו בנתיב הכלים של CNC), מחקה הפוך את תהליך הבנייה הפיזי של שכבה לשכבה.

1. אזורי יישום
אב טיפוס מהיר מיושם בדרך כלל גם בהנדסת תוכנה כדי לנסות מודלים עסקיים חדשים וארכיטקטורות יישומים כגון תעופה וחלל, רכב, שירותים פיננסיים, פיתוח מוצרים ושירותי בריאות.צוותי עיצוב ותעופה וחלל מסתמכים על אב טיפוס על מנת ליצור מתודולוגיות AM חדשות בתעשייה.באמצעות SLA הם יכולים ליצור במהירות מספר גרסאות של הפרויקטים שלהם תוך מספר ימים ולהתחיל בבדיקות מהר יותר.Rapid Prototyping מאפשר למעצבים/מפתחים לספק מושג מדויק לגבי איך המוצר המוגמר ייצא לפני שמכניסים יותר מדי זמן וכסף לאב-טיפוס.הדפסת תלת מימד המשמשת עבור Rapid Prototyping מאפשרת לבצע הדפסה תלת מימדית תעשייתית.עם זה, אתה יכול לקבל תבניות בקנה מידה גדול לחלקי חילוף שיישאבו במהירות תוך פרק זמן קצר.

2. היסטוריה
בשנות ה-70, ג'וזף הנרי קונדון ואחרים ב-Bell Labs פיתחו את Unix Circuit Design System (UCDS), תוך אוטומציה של המשימה העמלנית והנוטה לשגיאות של המרת שרטוטים ידנית לייצור לוחות מעגלים למטרות מחקר ופיתוח.

בשנות ה-80, קובעי מדיניות ומנהלי תעשייה אמריקאים נאלצו לשים לב שהדומיננטיות של אמריקה בתחום ייצור כלי המכונות התאיידה, במה שכונה משבר כלי המכונות.פרויקטים רבים ביקשו להתמודד עם מגמות אלו באזור ה-CNC CAM המסורתי, שהחל בארה"ב.מאוחר יותר, כאשר Rapid Prototyping Systems יצאה מהמעבדות כדי להיות ממוסחרת, הוכר שהפיתוחים כבר היו בינלאומיים ולחברות אבות טיפוס מהיר בארה"ב לא יהיה המותרות לתת לליד לחמוק.הקרן הלאומית למדע הייתה מטריה עבור מינהל האווירונאוטיקה והחלל הלאומי (NASA), משרד האנרגיה של ארה"ב, משרד המסחר האמריקני NIST, משרד ההגנה של ארה"ב, הסוכנות לפרויקטי מחקר מתקדמים של ההגנה (DARPA) והמשרד של מחקר הצי ריכז מחקרים כדי ליידע מתכננים אסטרטגיים בהתלבטויותיהם.דוח אחד כזה היה דוח הפאנל של Rapid Prototyping באירופה ויפן משנת 1997, שבו ג'וזף ג'יי בימן מייסד DTM Corporation מספק פרספקטיבה היסטורית:

שורשי טכנולוגיית אבות הטיפוס המהירים יכולים להתחקות אחר פרקטיקות בטופוגרפיה ופיסול תמונות.במסגרת הטופוגרפיה בלנטר (1892) הציע שיטה שכבתית להכנת תבנית למפות טופוגרפיות של נייר תבליט מוגבה. התהליך כלל חיתוך קווי המתאר על סדרה של לוחות שנערמו לאחר מכן.Matsubara (1974) של מיצובישי הציע תהליך טופוגרפי עם שרף פוטו-פולימר מתקשה ליצירת שכבות דקות המוערמות ליצירת תבנית יציקה.PHOTOSCULPTURE הייתה טכניקה מהמאה ה-19 ליצירת העתקים תלת מימדיים מדויקים של עצמים.המפורסם ביותר פרנסואה וילמה (1860) הציב 24 מצלמות במערך מעגלי וצילם בו זמנית אובייקט.הצללית של כל תמונה שימשה לאחר מכן לגילוף העתק.Morioka (1935, 1944) פיתחה פיסול צילום היברידי ותהליך טופוגרפי תוך שימוש באור מובנה ליצירת קווי מתאר של אובייקט.לאחר מכן ניתן היה לפתח את הקווים ליריעות ולחתוך ולהערם, או להקרין על חומר מלאי לגילוף.תהליך Munz (1956) שיחזר תמונה תלת מימדית של אובייקט על ידי חשיפה סלקטיבית, שכבה אחר שכבה, של תחליב צילום על בוכנה מורידה.לאחר התיקון, גליל שקוף מוצק מכיל תמונה של האובייקט.

- יוסף ג'יי בימן
"המקורות של אבות טיפוס מהירים - RP נובע מתעשיית ה-CAD ההולכת וגדלה, ליתר דיוק, צד הדוגמנות המוצק של CAD.לפני שהמודלים המוצקים הוצגו בסוף שנות ה-80, נוצרו דגמים תלת מימדיים עם מסגרות ומשטחי תיל.אך לא עד לפיתוח של מודלים מוצקים אמיתיים ניתן היה לפתח תהליכים חדשניים כגון RP.צ'ארלס האל, שסייע בהקמת 3D Systems ב-1986, פיתח את תהליך ה-RP הראשון.תהליך זה, הנקרא סטריאוליטוגרפיה, בונה עצמים על ידי ריפוי שכבות דקות רצופות של שרפים נוזליים מסוימים הרגישים לאור אולטרה סגול בלייזר בעל הספק נמוך.עם הצגת RP, דגמי CAD סולידיים יכלו פתאום להתעורר לחיים".

הטכנולוגיות המכונה Solid Freeform Fabrication הן מה שאנו מכירים כיום בתור אב טיפוס מהיר, הדפסת תלת מימד או ייצור תוסף: Swainson (1977), Schwerzel (1984) עבדו על פילמור של פולימר רגיש לאור בהצטלבות של שתי קרני לייזר מבוקרות מחשב.Ciraud (1972) שקלה שקיעה מגנטוסטטית או אלקטרוסטטית עם קרן אלקטרונים, לייזר או פלזמה עבור חיפוי משטח סינטר.כל אלה הוצעו אך לא ידוע אם נבנו מכונות עובדות.Hideo Kodama ממכון המחקר התעשייתי העירוני של נאגויה היה הראשון לפרסם תיאור של דגם מוצק המיוצר באמצעות מערכת אב-טיפוס מהיר של פוטופולימר (1981).מערכת אבות הטיפוס המהירה בתלת-ממד הראשונה המסתמכת על מודלים של פיוזד Deposition (FDM) נוצרה באפריל 1992 על ידי Stratasys, אך הפטנט הוצא רק ב-9 ביוני 1992. Sanders Prototype, Inc. הציגה את מדפסת התלת-ממד הראשונה של הזרקת דיו (3DP) באמצעות המצאה מ-4 באוגוסט 1992 (הלינסקי), יצרנית המודלים 6Pro בסוף 1993 ולאחר מכן מדפסת התלת-ממד התעשייתית הגדולה יותר, Modelmaker 2, ב-1997. Z-Corp משתמשת בכריכת אבקת MIT 3DP ליציקת מעטפת ישירה (DSP) שהומצאה ב-1993. השוק בשנת 1995. אפילו באותו תאריך מוקדם הטכנולוגיה נתפסה כבעלת מקום בפרקטיקה של הייצור.לרזולוציה נמוכה, פלט חוזק נמוך היה ערך באימות עיצוב, ייצור תבניות, ג'יג'ים ותחומים אחרים.הפלטים התקדמו בהתמדה לעבר שימושים במפרט גבוה יותר.Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) התחילה כיצרנית Rapid Prototyping 3D Printing עם יצרנית המודלים 6Pro להכנת דפוסי תרמופלסטיים קורבנות של דגמי CAD משתמשת בטכנולוגיית הזרקת דיו אחת מסוג Drop-On-Demand (DOD).

כל הזמן מחפשים חידושים, כדי לשפר את המהירות ואת היכולת להתמודד עם יישומי ייצור המוני.התפתחות דרמטית ש-RP חולקת עם תחומי CNC קשורים היא קוד פתוח של תוכנות חופשיות של יישומים ברמה גבוהה המהווים שרשרת כלים CAD-CAM שלמה.זה יצר קהילה של יצרני מכשירים ברזולוציה נמוכה.תחביבים אפילו עשו גיחות לעיצובי מכשירים תובעניים יותר בלייזר

הרשימה המוקדמת ביותר של RP Processes או Fabrication Technologies שפורסמה בשנת 1993 נכתבה על ידי מרשל ברנס ומסבירה כל תהליך ביסודיות רבה.זה גם שם כמה טכנולוגיות שהיו מבשרות לשמות ברשימה למטה.לדוגמא: Visual Impact Corporation ייצרה רק מדפסת אב טיפוס להשקעת שעווה ולאחר מכן העניקה רישיון לפטנט לסנדרס פרוטוטייפ, Inc.BPM השתמש באותם הזרקת דיו וחומרים.