Rapid Prototyping & Computer Aided Design

Rapid Prototyping / Введение

Технологии быстрого прототипирования. Информация на CD, видео, образцы моделей

Традиционное моделирование

В процессе работы над новым проектом, особенно на стадии комплексного проектирования, трудно выявить различные ошибки и недостатки, используя только экран дисплея. Имея реальную физическую модель будущего изделия можно выявить и устранить различные ошибки, скорректировать пути продолжения процесса проектирования. Прототип изделия можно использовать в качествеконцептуальной модели для визуализации и анализа конструкции; позволяет конструкторам выполнить доработку и провести некоторые функциональные тесты; может служить мастер-моделью дляизготовления инструментальной оснастки.
Кроме того, прототип может использоваться в маркетинговых целях или при определении стоимости изготовления.
Контрольные модели уменьшают затраты на проектирование и подготовку производства за счёт выявления возможных ошибок на ранних стадиях. Также, физические модели проектируемых изделий усиливают связь и взаимопонимание между проектировщиками и заказчиками, сокращая время выхода продукта на рынок.

Традиционный способ получения физических моделей будущих из-делий - изготовление их из легко обрабатываемых материалов вручную или на обычных обрабатывающих станках. На изготовление модели затрачивается от нескольких недель до нескольких месяцев, что приводит к по-вышению затрат на разработку нового изделия и задержке сроков выпуска новой продукции.

Быстрое прототипирование

Rapid Prototyping - (RP) - это технологии, активно развивающиеся в проектной и производственной индустрии. Предоставляют возможность получать физические детали и модели без инструментального их изготовления, путём преобразования данных, поступающих из CAD-системы, и получить чертежи и проекты в 3D-представлении, только нажав кнопку (рис.).
При завершении работы на CAD-рабочей станции над идеей или проектом, можно дать команду "печать", и в течении нескольких часов или дней, в зависимости от размера, получить физическую модель изделия.

По сравнению с другими методами (изготовление моделей из пенопласта, дерева, воска вручную или на станках с ЧПУ), существовавшими до середины 80-х годов, появление систем быстрого изготовления прототипов было переворотом в технологии. Вместо того, чтобы ждать физические модели на протяжении нескольких недель, конструкторы могут получать их через несколько дней или часов.

В настоящее время на рынке существуют различные RP-системы, производящие модели по различным технологиям и из различных материалов. Однако, все системы для быстрого прототипирования, имеющиеся на сегодня, работают по схожему, послойному принципу построения физической модели, который заключается в следующем (рис. а, б, в):

- считывание трёхмерной геометрии из 3D CAD-систем в формате STL (обычно твёрдотельные модели, или модели с замкнутыми поверхност-ными контурами). Все CAD-системы твёрдотельного моделирования могут выдавать файлы STL (рис. а, б);
- разбиение трёхмерной модели на поперечные сечения (слои) с помощью специальной программы, поставляемой с оборудованием или используемой как приложение:

- построение сечений детали слой за слоем снизу вверх, до тех пор, пока не будет получен физический прототип модели. Слои располагаются снизу вверх, один над другим, физически связываются между собой.

Построение прототипа продолжается до тех пор, пока поступают данные о сечениях CAD-модели.

На сегодняшний день на рынке существует целый ряд RP машин, значительно отличающиеся по стоимости. Наименьшую стоимость имеют 3D-принтеры, используемые при концептуальном дизайне. Стоимость таких систем начинается с $30000. Наиболее дорогие - производственно-ориентированные системы, стоимостью около $800000. Кроме этого, предлагается множество систем для быстрого прототипирования, стоимость которых находится в этих пределах.

RP-системы появились около 1987 года, когда компания 3D Systems выпустила свои стереолитографические машины (Stereo Litographics Apparatus - SLA). Наряду с 3D Systems первенство по продаже оборудования держат компании Stratasys и DTM. Другие значительные участники этой индустрии - Helisys Inc., Sanders Prototypes Inc., Cubital America Inc. и Z Corporation.

Работа некоторых RP-систем основана на фотополимеризации - химическом процессе, при котором жидкая смола (полимер) превращается в твёрдый полимер под воздействия на неё ультрафиолетового излучения или излучения видимой части спектра.

Другие RP-системы работают с использованием тепловых процессов для построения физических моделей. Это технологии, при которых термопластический материал выдавливается из инжекционных головок, образуя слои, последовательность которых образует физическое тело; технологии спекания порошковых материалов под воздействием тепловых процессов; "склеивание" листовых материалов. Разновидность процессов быстрого изготовления прототипов соответствует числу производителей.