การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว

เครื่องสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วโดยใช้การเผาผนึกด้วยเลเซอร์แบบเลือก (SLS)

การแบ่งส่วนโมเดล 3 มิติ
การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วคือกลุ่มของเทคนิคที่ใช้ในการประดิษฐ์แบบจำลองขนาดของชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบทางกายภาพอย่างรวดเร็วโดยใช้ข้อมูลการออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย (CAD) สามมิติการสร้างชิ้นส่วนหรือการประกอบมักทำโดยใช้การพิมพ์ 3 มิติหรือเทคโนโลยี "การผลิตชั้นเพิ่มเติม"

วิธีการแรกสำหรับการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วมีขึ้นในช่วงกลางทศวรรษที่ 1980 และถูกนำมาใช้ในการผลิตแบบจำลองและชิ้นส่วนต้นแบบทุกวันนี้ มีการใช้ชิ้นส่วนเหล่านี้สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย และใช้ในการผลิตชิ้นส่วนคุณภาพการผลิตในจำนวนที่ค่อนข้างน้อย หากต้องการโดยปราศจากภาวะเศรษฐกิจระยะสั้นที่ไม่เอื้ออำนวยโดยทั่วไปเศรษฐกิจนี้ได้สนับสนุนสำนักบริการออนไลน์การสำรวจเทคโนโลยี RP ในอดีตเริ่มต้นด้วยการอภิปรายเกี่ยวกับเทคนิคการผลิตแบบจำลองที่ใช้โดยประติมากรในศตวรรษที่ 19ประติมากรสมัยใหม่บางคนใช้เทคโนโลยีรุ่นลูกเพื่อผลิตนิทรรศการและวัตถุต่างๆความสามารถในการสร้างการออกแบบซ้ำจากชุดข้อมูลทำให้เกิดปัญหาด้านสิทธิ์ เนื่องจากขณะนี้สามารถแก้ไขข้อมูลเชิงปริมาตรจากภาพหนึ่งมิติได้แล้ว

เช่นเดียวกับวิธีการลบ CNC เวิร์กโฟลว์การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย – การผลิตโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในกระบวนการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วแบบดั้งเดิมเริ่มต้นด้วยการสร้างข้อมูลทางเรขาคณิต ไม่ว่าจะเป็นแบบสามมิติโดยใช้เวิร์กสเตชัน CAD หรือชิ้นส่วน 2 มิติโดยใช้ อุปกรณ์สแกนสำหรับการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว ข้อมูลนี้ต้องแสดงแบบจำลองทางเรขาคณิตที่ถูกต้องคือผู้ที่มีพื้นผิวขอบเขตล้อมรอบปริมาตรที่จำกัด ไม่มีรูเปิดให้เห็นด้านใน และไม่พับเข้าหาตัวกล่าวอีกนัยหนึ่ง วัตถุต้องมี "ภายใน"แบบจำลองนั้นถูกต้องหากสำหรับแต่ละจุดในพื้นที่ 3 มิติ คอมพิวเตอร์สามารถระบุได้อย่างเฉพาะเจาะจงว่าจุดนั้นอยู่ด้านใน บน หรือนอกพื้นผิวขอบเขตของแบบจำลองตัวประมวลผลภายหลัง CAD จะประมาณรูปแบบทางเรขาคณิต CAD ภายในของผู้จำหน่ายแอปพลิเคชัน (เช่น B-splines) ด้วยรูปแบบทางคณิตศาสตร์ที่เรียบง่าย ซึ่งจะแสดงในรูปแบบข้อมูลที่ระบุซึ่งเป็นคุณสมบัติทั่วไปในการผลิตแบบเพิ่มเนื้อ: รูปแบบไฟล์ STL มาตรฐานโดยพฤตินัยสำหรับการถ่ายโอนโมเดลเรขาคณิตทึบไปยังเครื่อง SFF

เพื่อให้ได้วิถีการควบคุมการเคลื่อนไหวที่จำเป็นในการขับเคลื่อน SFF จริง การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว การพิมพ์ 3 มิติ หรือกลไกการผลิตแบบเติมแต่ง โดยปกติแล้ว แบบจำลองทางเรขาคณิตที่เตรียมไว้จะถูกแบ่งออกเป็นเลเยอร์ และชิ้นส่วนจะถูกสแกนเป็นเส้น (สร้าง "ภาพวาด 2 มิติ" ที่ใช้เพื่อสร้าง วิถีเช่นเดียวกับในเส้นทางเครื่องมือของ CNC) โดยเลียนแบบกระบวนการสร้างทางกายภาพแบบชั้นต่อชั้นแบบย้อนกลับ

1. พื้นที่ใช้งาน
การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วยังใช้กันทั่วไปในวิศวกรรมซอฟต์แวร์เพื่อทดลองใช้รูปแบบธุรกิจและสถาปัตยกรรมแอปพลิเคชันใหม่ๆ เช่น การบินและอวกาศ ยานยนต์ บริการทางการเงิน การพัฒนาผลิตภัณฑ์ และการดูแลสุขภาพทีมออกแบบการบินและอวกาศและทีมอุตสาหกรรมพึ่งพาการสร้างต้นแบบเพื่อสร้างระเบียบวิธี AM ใหม่ในอุตสาหกรรมการใช้ SLA พวกเขาสามารถสร้างโครงการหลายเวอร์ชันได้อย่างรวดเร็วภายในเวลาไม่กี่วัน และเริ่มการทดสอบได้เร็วกว่าการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วช่วยให้นักออกแบบ/นักพัฒนาสามารถให้แนวคิดที่ถูกต้องว่าผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปจะออกมาเป็นอย่างไรก่อนที่จะใช้เวลาและเงินมากเกินไปในการสร้างต้นแบบการพิมพ์ 3 มิติที่ใช้สำหรับ Rapid Prototyping ช่วยให้การพิมพ์ 3 มิติเชิงอุตสาหกรรมเกิดขึ้นได้ด้วยวิธีนี้ คุณสามารถมีแม่พิมพ์ขนาดใหญ่สำหรับชิ้นส่วนอะไหล่ที่ถูกปั๊มออกอย่างรวดเร็วภายในระยะเวลาอันสั้น

2. ประวัติศาสตร์
ในปี 1970 Joseph Henry Condon และคนอื่นๆ ที่ Bell Labs ได้พัฒนาระบบ Unix Circuit Design System (UCDS) ซึ่งทำให้งานที่ลำบากและเกิดข้อผิดพลาดเป็นไปโดยอัตโนมัติในการแปลงภาพวาดด้วยตนเองเพื่อสร้างแผงวงจรเพื่อวัตถุประสงค์ในการวิจัยและพัฒนา

ในช่วงทศวรรษที่ 1980 ผู้กำหนดนโยบายและผู้จัดการอุตสาหกรรมของสหรัฐฯ ถูกบังคับให้ต้องตระหนักว่าการครอบงำของอเมริกาในด้านการผลิตเครื่องมือกลได้หายไป ในสิ่งที่เรียกว่าวิกฤตเครื่องมือกลโครงการจำนวนมากพยายามที่จะต่อต้านแนวโน้มเหล่านี้ในพื้นที่ CNC CAM แบบดั้งเดิม ซึ่งเริ่มขึ้นในสหรัฐอเมริกาต่อมาเมื่อ Rapid Prototyping Systems ย้ายออกจากห้องทดลองเพื่อทำการค้า เป็นที่ทราบกันดีว่าการพัฒนานั้นเป็นไปในระดับสากลแล้ว และบริษัท Rapid Prototyping ของสหรัฐฯ ก็ไม่มีทางปล่อยให้ลูกค้าเป้าหมายหลุดมือไปได้มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติเป็นร่มขององค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (นาซา) กระทรวงพลังงานสหรัฐ กระทรวงพาณิชย์สหรัฐ NIST กระทรวงกลาโหมสหรัฐ สำนักงานโครงการวิจัยขั้นสูงกลาโหม (DARPA) และสำนักงาน Naval Research ประสานงานการศึกษาเพื่อแจ้งผู้วางแผนกลยุทธ์ในการพิจารณาหนึ่งในรายงานดังกล่าวคือ Rapid Prototyping in Europe and Japan Panel Report ปี 1997 ซึ่ง Joseph J. Beaman ผู้ก่อตั้ง DTM Corporation ได้ให้มุมมองทางประวัติศาสตร์:

รากเหง้าของเทคโนโลยีการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วสามารถโยงไปถึงการปฏิบัติในด้านภูมิประเทศและประติมากรรมภาพถ่ายภายใน TOPOGRAPHY Blanther (1892) ได้แนะนำวิธีการทำแบบเป็นชั้นสำหรับทำแม่พิมพ์สำหรับแผนที่ภูมิประเทศด้วยกระดาษนูนขึ้น กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการตัดเส้นชั้นความสูงบนชุดจานซึ่งต่อจากนั้นจึงวางซ้อนกันMatsubara (1974) แห่ง Mitsubishi เสนอกระบวนการทางภูมิประเทศด้วยโฟโตพอลิเมอร์เรซินที่ชุบแข็งด้วยภาพถ่ายเพื่อสร้างชั้นบาง ๆ ซ้อนกันเพื่อสร้างแม่พิมพ์หล่อPHOTOSCULPTURE เป็นเทคนิคในศตวรรษที่ 19 ในการสร้างแบบจำลองสามมิติของวัตถุFrancois Willeme ผู้โด่งดังที่สุด (1860) วางกล้อง 24 ตัวไว้เป็นวงกลมและถ่ายภาพวัตถุพร้อมกันจากนั้นจึงใช้ภาพเงาของภาพถ่ายแต่ละภาพเพื่อแกะสลักแบบจำลองโมริโอกะ (1935, 1944) ได้พัฒนาประติมากรรมภาพถ่ายแบบผสมผสานและกระบวนการแสดงภูมิประเทศโดยใช้แสงที่มีโครงสร้างเพื่อสร้างเส้นชั้นความสูงของวัตถุในการถ่ายภาพเส้นนั้นสามารถพัฒนาเป็นแผ่นและตัดและซ้อนกันหรือฉายลงบนวัสดุสต็อกเพื่อแกะสลักกระบวนการ Munz (1956) สร้างภาพสามมิติของวัตถุขึ้นมาใหม่โดยการเลือกเปิดทีละชั้นทีละชั้น โฟโต้อิมัลชั่นบนลูกสูบล่างหลังจากแก้ไขแล้ว กระบอกใสทึบจะมีภาพของวัตถุ

— โจเซฟ เจ. บีแมน
“ต้นกำเนิดของ Rapid Prototyping – RP เกิดจากอุตสาหกรรม CAD ที่เติบโตขึ้นเรื่อยๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งด้านการสร้างแบบจำลองที่มั่นคงของ CADก่อนที่การสร้างแบบจำลองแบบทึบจะถูกนำมาใช้ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 แบบจำลองสามมิติถูกสร้างขึ้นด้วยโครงลวดและพื้นผิวแต่จนกว่าจะมีการพัฒนากระบวนการที่เป็นนวัตกรรมใหม่เช่น RPCharles Hull ผู้ช่วยก่อตั้ง 3D Systems ในปี 1986 ได้พัฒนากระบวนการ RP ขึ้นเป็นครั้งแรกกระบวนการนี้เรียกว่าสเตอรีโอลิโธกราฟี สร้างวัตถุโดยการบ่มเรซินเหลวที่ไวต่อแสงอัลตราไวโอเลตเป็นชั้นบางๆ ติดต่อกันด้วยเลเซอร์พลังงานต่ำด้วยการแนะนำของ RP ทำให้ CAD solid model มีชีวิตขึ้นมาได้ในทันที”

เทคโนโลยีที่เรียกว่า Solid Freeform Fabrication เป็นสิ่งที่เรารู้จักในปัจจุบันว่าเป็นการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว การพิมพ์ 3 มิติ หรือการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ: Swainson (1977), Schwerzel (1984) ทำงานเกี่ยวกับพอลิเมอไรเซชันของพอลิเมอร์ไวแสงที่จุดตัดของลำแสงเลเซอร์ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์สองตัวCiraud (1972) พิจารณาการทับถมของแม่เหล็กหรือไฟฟ้าสถิตด้วยลำแสงอิเล็กตรอน เลเซอร์ หรือพลาสมาสำหรับการหุ้มพื้นผิวซินเทอร์สิ่งเหล่านี้ถูกเสนอทั้งหมด แต่ไม่ทราบว่ามีการสร้างเครื่องจักรทำงานหรือไม่ฮิเดโอะ โคดามะแห่งสถาบันวิจัยอุตสาหกรรมเทศบาลนาโกย่าเป็นคนแรกที่ตีพิมพ์เรื่องราวของแบบจำลองที่มั่นคงซึ่งประดิษฐ์ขึ้นโดยใช้ระบบสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วด้วยโฟโตโพลิเมอร์ (1981)ระบบสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว 3 มิติระบบแรกที่ใช้ Fused Deposition Modeling (FDM) สร้างขึ้นในเดือนเมษายน พ.ศ. 2535 โดย Stratasys แต่ยังไม่ได้ออกสิทธิบัตรจนกระทั่งวันที่ 9 มิถุนายน พ.ศ. 2535 Sanders Prototype, Inc ได้เปิดตัวเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบอิงค์เจ็ตสำหรับเดสก์ท็อปเครื่องแรก (3DP) โดยใช้ สิ่งประดิษฐ์จากวันที่ 4 สิงหาคม 1992 (เฮลินสกี้), Modelmaker 6Pro ในปลายปี 1993 และเครื่องพิมพ์ 3D อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ขึ้น Modelmaker 2 ในปี 1997 Z-Corp ที่ใช้ MIT 3DP powder binding for Direct Shell Casting (DSP) ที่ประดิษฐ์ขึ้นในปี 1993 ได้รับการแนะนำให้รู้จักกับ ออกสู่ตลาดในปี 1995 แม้ในช่วงแรกๆ นั้น เทคโนโลยีก็ยังถูกมองว่ามีส่วนสำคัญในการผลิตเอาต์พุตความละเอียดต่ำ ความแข็งแรงต่ำมีประโยชน์ในการตรวจสอบการออกแบบ การทำแม่พิมพ์ อุปกรณ์จับยึดสำหรับการผลิต และด้านอื่นๆเอาต์พุตมีความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องไปสู่การใช้ข้อมูลจำเพาะที่สูงขึ้นSanders Prototype, Inc. (Solidscape) เริ่มต้นจากการเป็นผู้ผลิต Rapid Prototyping 3D Printing ด้วย Modelmaker 6Pro สำหรับการสร้างรูปแบบ Thermoplas tic เสียสละของโมเดล CAD โดยใช้เทคโนโลยีหัวฉีดเดี่ยวแบบอิงค์เจ็ทแบบ Drop-On-Demand (DOD)

มีการแสวงหานวัตกรรมอย่างต่อเนื่องเพื่อปรับปรุงความเร็วและความสามารถในการรับมือกับการใช้งานการผลิตจำนวนมากการพัฒนาที่น่าทึ่งซึ่ง RP แบ่งปันกับพื้นที่ CNC ที่เกี่ยวข้องคือโอเพ่นซอร์สฟรีแวร์ของแอปพลิเคชันระดับสูงซึ่งประกอบเป็นห่วงโซ่เครื่องมือ CAD-CAM ทั้งหมดสิ่งนี้ได้สร้างชุมชนของผู้ผลิตอุปกรณ์ความละเอียดต่ำนักเล่นอดิเรกได้พยายามอย่างมากในการออกแบบอุปกรณ์ที่ใช้เอฟเฟกต์เลเซอร์

รายการแรกของกระบวนการ RP หรือเทคโนโลยีการผลิตที่เผยแพร่ในปี 1993 เขียนโดย Marshall Burns และอธิบายแต่ละกระบวนการอย่างละเอียดมากนอกจากนี้ยังระบุชื่อเทคโนโลยีบางอย่างที่เป็นบรรพบุรุษของชื่อในรายการด้านล่างตัวอย่างเช่น Visual Impact Corporation ผลิตเฉพาะเครื่องพิมพ์ต้นแบบสำหรับการเคลือบขี้ผึ้ง จากนั้นให้ลิขสิทธิ์สิทธิบัตรแก่ Sanders Prototype, Inc แทนBPM ใช้อิงค์เจ็ทและวัสดุเดียวกัน