Capitolo 1 : Prototipazione

Attraverso l'utilizzo di dati CAD (Computer-Aided Design) tridimensionali, la prototipazione rapida si riferisce a un insieme di tecniche che insieme consentono la fabbricazione rapida di un modello in scala di una parte fisica o di un assieme.

Il processo di costruzione del componente o dell'assieme viene in genere eseguito attraverso l'utilizzo della "produzione additiva a strati" o della tecnologia di stampa 3D.

A metà del 1987, le prime tecnologie per la prototipazione rapida sono diventate accessibili. Questi metodi sono stati utilizzati per la produzione di parti e modelli di prototipi. Attualmente, sono utilizzati per un'ampia varietà di applicazioni e possono essere utilizzati per realizzare componenti di qualità di produzione in quantità relativamente piccole, se necessario. Ciò si ottiene senza le normali economie avverse di breve periodo associate al processo. Le agenzie di servizi online sono state incoraggiate come risultato di questa economia. A partire dai processi di produzione dei simulacri utilizzati dagli scultori nel XIX secolo, iniziano le indagini storiche sulle tecnologie di immagini generate al computer. La tecnologia della progenie è utilizzata da un certo numero di scultori contemporanei per creare mostre e una varietà di cose. Alla luce del fatto che ora è possibile interpolare dati volumetrici da fotografie bidimensionali, la possibilità di duplicare disegni e modelli da un set di dati ha dato origine a discussioni in merito ai diritti.

Come per i metodi sottrattivi CNC, il flusso di lavoro CAD - CAM di progettazione assistita da computer - produzione assistita da computer nel tradizionale processo di prototipazione rapida inizia con lo sviluppo dei dati geometrici. Questi dati possono essere creati sotto forma di un solido 3D utilizzando una workstation CAD, oppure possono essere creati sotto forma di sezioni 2D utilizzando un'apparecchiatura di scansione. Queste informazioni devono essere rappresentative di un modello geometrico legittimo al fine di facilitare la prototipazione rapida. Più specificamente, le superfici limite del modello devono circondare un volume finito, non devono esserci fori che espongano l'interno e il modello non deve ripiegarsi su se stesso. La cosa deve, in altre parole, avere un "interno". Se il computer è in grado di determinare, per ogni punto nello spazio tridimensionale, se quel punto si trova all'interno, sopra o fuori la superficie di contorno del modello individualmente, allora il modello è considerato valido. Le forme geometriche CAD interne dei fornitori dell'applicazione, come le B-spline, saranno approssimate dai post-processori CAD utilizzando una forma matematica semplificata. Questa forma, a sua volta, sarà espressa in un formato di dati predeterminato, che è una caratteristica che si vede frequentemente nella produzione additiva: nel processo di trasmissione di modelli geometrici solidi alle macchine SFF, il formato di file STL è diventato lo standard generalmente accettato.

Il modello geometrico preparato viene in genere suddiviso in strati e le sezioni vengono scansionate in linee (producendo un "disegno 2D" che viene utilizzato per generare la traiettoria come nel percorso utensile del CNC), imitando al contrario il processo di costruzione fisica da strato a strato. Questo viene fatto al fine di ottenere le traiettorie di controllo del movimento necessarie come mezzo per guidare l'effettivo meccanismo SFF, prototipazione rapida, stampa 3D o produzione additiva. È richiesta una citazione.

Inoltre, la prototipazione rapida è spesso utilizzata nel campo dell'ingegneria del software allo scopo di testare nuove architetture applicative e modelli di business in una varietà di settori, tra cui aerospaziale, automobilistico, servizi finanziari, sviluppo di prodotti e sanità. I team industriali e di progettazione dell'industria aerospaziale si affidano alla prototipazione per sviluppare nuovi processi di produzione additiva (AM) per l'industria. Con l'aiuto dello SLA, sono in grado di creare rapidamente diverse versioni dei loro progetti in pochi giorni e iniziare a testarle più rapidamente. Attraverso l'uso della prototipazione rapida, i progettisti e gli sviluppatori sono in grado di fornire un'idea accurata di come apparirà il prodotto finale prima di investire una quantità eccessiva di tempo e denaro nel prototipo. L'utilizzo della stampa 3D ai fini della prototipazione rapida rende possibile la stampa 3D industriale. Con questo, potresti avere stampi su larga scala per pezzi di ricambio che vengono sfornati rapidamente in un breve periodo di tempo. Questo sarebbe possibile.

L'Unix Circuit Design System (UCDS) è stato sviluppato da Joseph Henry Condon e da altre persone ai Bell Labs negli anni '70. Questo sistema è stato progettato per automatizzare l'ardua e soggetta a errori dell'operazione di conversione manuale dei disegni al fine di produrre circuiti stampati a scopo di ricerca e sviluppo.

Quando gli anni '80 arrivarono, i politici e i manager industriali negli Stati Uniti dovettero riconoscere che gli Stati Uniti avevano perso la loro posizione preminente nel campo della produzione di macchine utensili, un fenomeno che divenne noto come la crisi delle macchine utensili. Gli Stati Uniti d'America sono stati il punto di partenza per una serie di progetti che miravano a invertire queste tendenze nel tradizionale campo dei CAM CNC. In seguito, quando i sistemi di prototipazione rapida uscirono dai laboratori per essere commercializzati, si comprese che le innovazioni erano già multinazionali. Era anche noto che le aziende di prototipazione rapida negli Stati Uniti non avrebbero avuto il lusso di lasciarsi sfuggire un lead. Attraverso la National Science Foundation, la National Aeronautics and Space Administration (NASA), il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, il Dipartimento del Commercio degli Stati Uniti, il National Institute of Standards and Technology (NIST), il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) e l'Office of Naval Research hanno coordinato i progetti al fine di fornire ai pianificatori strategici informazioni che potrebbero utilizzare nelle loro deliberazioni. Una di queste relazioni è stata la relazione del gruppo di prototipazione rapida in Europa e Giappone, pubblicata nel 1997. In questo articolo, Joseph J. Beaman, il fondatore di DTM Corporation (mostrato con DTM RapidTool), offre una prospettiva storica:

Le discipline della topografia e della fotoscultura possono essere ricondotte alle origini della tecnologia nota come prototipazione veloce. Il campo della TOPOGRAFIA Allo scopo di creare uno stampo per mappe topografiche in rilievo su carta in rilievo, Blanther (1892) propose un metodo che coinvolgeva strati successivi. Per completare l'operazione, le curve di livello sono state tagliate su una serie di lastre, che sono state poi impilate prima di essere impilate. Allo scopo di creare uno stampo di colata, Matsubara (1974) di Mitsubishi propose un approccio topografico che prevedeva l'uso di una resina fotopolimerica fotoindurente per creare strati sottili che sarebbero stati accatastati. Il processo di creazione di perfette riproduzioni tridimensionali di oggetti era noto come fotografia ed è stato sviluppato nel 19° secolo. François Willeme, attivo nell'anno 1860, è accreditato per aver posizionato 24 fotocamere in una schiera circolare e aver fotografato contemporaneamente un oggetto di interesse. Una volta ottenute le sagome di ogni fotografia, ne veniva ricavata una replica. Morioka (1935, 1944) ideò una scultura fotografica ibrida e una procedura topografica che utilizzava la luce strutturata per formare graficamente le linee di contorno di un oggetto. Questo processo è stato utilizzato per realizzare la scultura fotografica. Successivamente, le linee possono essere formate in fogli, affettate e impilate, oppure possono essere proiettate su materiale di serie allo scopo di intagliarle. Esponendo accuratamente un'emulsione fotografica su un pistone discendente strato per strato, il processo Munz (1956) è stato in grado di generare una rappresentazione tridimensionale di un oggetto. Un'immagine dell'oggetto è contenuta all'interno di un solido cilindro trasparente una volta completata la fissazione. Le origini della prototipazione rapida possono essere fatte risalire al settore della progettazione assistita da computer (CAD) in costante espansione e, più specificamente, al sottocampo della modellazione solida del CAD. Negli anni che hanno preceduto l'introduzione della modellazione solida alla fine degli anni '80, i modelli tridimensionali sono stati costruiti utilizzando telai e superfici. Tuttavia, lo sviluppo di nuovi processi come l'RP non sarebbe stato possibile fino all'avvento della modellazione solida completa. La prima tecnica RP è stata inventata da Charles Hull, che è stato determinante nella creazione di 3D Systems nel 1986. Utilizzando un laser a bassa potenza per polimerizzare sottili strati successivi di particolari resine liquide sensibili alla luce ultravioletta, questa tecnologia, nota come stereolitografia, è in grado di costruire oggetti. C'era la possibilità che i modelli solidi CAD potessero improvvisamente prendere vita dopo l'introduzione di RP.

Le tecnologie attualmente conosciute come prototipazione rapida, stampa 3D o produzione additiva sono le stesse tecnologie che vengono indicate come fabbricazione solida a forma libera: durante gli anni 1977 e 1984, Swainson e Schwerzel hanno condotto ricerche sulla polimerizzazione di un polimero fotosensibile all'intersezione di due raggi laser controllati da un computer. Nel 1972, Ciraud esaminò la possibilità di utilizzare la deposizione magnetostatica o elettrostatica con un fascio di elettroni, laser o plasma allo...