La creación rápida de prototipos es un grupo de técnicas que se utilizan para fabricar rápidamente un modelo a escala de una pieza física o ensamblaje utilizando datos de diseño asistido por computadora ( CAD ) tridimensionales . [1] [2] La construcción de la pieza o el ensamblaje generalmente se realiza mediante impresión 3D o tecnología de " fabricación de capas aditivas ". [3]
Los primeros métodos para la creación rápida de prototipos estuvieron disponibles a fines de la década de 1980 y se utilizaron para producir modelos y piezas de prototipos . Hoy en día, se utilizan para una amplia gama de aplicaciones y se utilizan para fabricar piezas de calidad de producción en cantidades relativamente pequeñas si se desea sin la típica economía desfavorable a corto plazo. [4] Esta economía ha fomentado las oficinas de servicios en línea. Los estudios históricos de la tecnología RP [2] comienzan con discusiones sobre las técnicas de producción de simulacros utilizadas por los escultores del siglo XIX. Algunos escultores modernos utilizan la tecnología de la progenie para producir exposiciones y diversos objetos. [5] La capacidad de reproducir diseños a partir de un conjunto de datos ha dado lugar a problemas de derechos, ya que ahora es posible interpolar datos volumétricos de imágenes unidimensionales.
Al igual que con los métodos sustractivos CNC , el flujo de trabajo de diseño asistido por computadora - fabricación asistida por computadora CAD - CAM en el proceso tradicional de creación rápida de prototipos comienza con la creación de datos geométricos, ya sea como un sólido 3D usando una estación de trabajo CAD, o cortes 2D usando un dispositivo de escaneo. Para la creación rápida de prototipos, estos datos deben representar un modelo geométrico válido; a saber, uno cuyas superficies limítrofes encierran un volumen finito, no contienen agujeros que expongan el interior y no se pliegan sobre sí mismos. [6] En otras palabras, el objeto debe tener un "interior". El modelo es válido si para cada punto en el espacio 3D la computadora puede determinar de manera única si ese punto se encuentra dentro, sobre o fuera de la superficie límite del modelo. Los posprocesadores CAD aproximarán las formas geométricas CAD internas de los proveedores de aplicaciones (por ejemplo, B-splines) con una forma matemática simplificada, que a su vez se expresa en un formato de datos específico que es una característica común en la fabricación aditiva : formato de archivo STL , un estándar de facto para transferir modelos geométricos sólidos a máquinas SFF. [7]
Para obtener las trayectorias de control de movimiento necesarias para impulsar el SFF real, la creación rápida de prototipos, la impresión 3D o el mecanismo de fabricación aditiva , el modelo geométrico preparado generalmente se divide en capas y las secciones se escanean en líneas (produciendo un "dibujo 2D" que se utiliza para generar trayectoria como en la trayectoria de la herramienta del CNC ), imitando a la inversa el proceso de construcción física de capa a capa. [ cita requerida ]
Áreas de aplicación
Los sistemas de producción 3D permiten construir y probar coches eléctricos en un año. [8] La creación rápida de prototipos también se aplica comúnmente en la ingeniería de software para probar nuevos modelos comerciales y arquitecturas de aplicaciones como aeroespacial, automotriz, desarrollo de productos y atención médica. [9] Los equipos industriales y de diseño aeroespacial se basan en la creación de prototipos para crear nuevas metodologías de AM en la industria. Al usar SLA, pueden hacer rápidamente múltiples versiones de sus proyectos en unos pocos días y comenzar a probar más rápido. [10] La creación rápida de prototipos permite a los diseñadores / desarrolladores proporcionar una idea precisa de cómo resultará el producto terminado antes de dedicar demasiado tiempo y dinero al prototipo. [11] La impresión 3D que se utiliza para la creación rápida de prototipos permite que se lleve a cabo la impresión 3D industrial. Con esto, podría tener moldes a gran escala para piezas de repuesto que se bombeen rápidamente en un corto período de tiempo. [12]
Historia
En la década de 1970, Joseph Henry Condon y otros en Bell Labs desarrollaron el Unix Circuit Design System (UCDS), automatizando la laboriosa y propensa a errores de convertir dibujos manualmente para fabricar placas de circuitos con fines de investigación y desarrollo.
En la década de 1980, los responsables de la formulación de políticas y los gerentes industriales estadounidenses se vieron obligados a tomar nota de que el dominio estadounidense en el campo de la fabricación de máquinas herramienta se evaporó, en lo que se denominó la crisis de las máquinas herramienta. Numerosos proyectos buscaron contrarrestar estas tendencias en el área tradicional de CNC CAM , que había comenzado en los EE. UU. Más tarde, cuando Rapid Prototyping Systems abandonó los laboratorios para comercializarlos, se reconoció que los desarrollos ya eran internacionales y que las empresas estadounidenses de creación rápida de prototipos no se daban el lujo de dejar escapar una pista. La Fundación Nacional de Ciencias era un paraguas para la Aeronáutica y del Espacio Nacional ( NASA ), el Departamento de Energía de Estados Unidos , el Departamento de Comercio de Estados Unidos NIST , el Departamento de Defensa de Estados Unidos , la Agencia de Defensa Proyectos de Investigación Avanzada ( DARPA ), y la Oficina de La Investigación Naval coordinó estudios para informar a los planificadores estratégicos en sus deliberaciones. Uno de esos informes fue el Informe del Panel sobre la creación rápida de prototipos en Europa y Japón de 1997 [2] en el que Joseph J. Beaman [13] fundador de DTM Corporation [DTM RapidTool en la foto] ofrece una perspectiva histórica:
Las raíces de la tecnología de creación rápida de prototipos se remontan a prácticas en topografía y fotoescultura. Dentro de TOPOGRAPHY, Blanther (1892) sugirió un método en capas para hacer un molde para mapas topográficos de papel en relieve. El proceso consistía en cortar las líneas de contorno en una serie de placas que luego se apilaban. Matsubara (1974) de Mitsubishi propuso un proceso topográfico con una resina de fotopolímero fotoendurecible para formar capas delgadas apiladas para hacer un molde de fundición. La FOTOSCULTURA fue una técnica del siglo XIX para crear réplicas exactas de objetos en tres dimensiones. El más famoso Francois Willeme (1860) colocó 24 cámaras en una matriz circular y fotografió simultáneamente un objeto. La silueta de cada fotografía se usó luego para tallar una réplica. Morioka (1935, 1944) desarrolló una escultura fotográfica híbrida y un proceso topográfico utilizando luz estructurada para crear fotográficamente las líneas de contorno de un objeto. Las líneas luego se podían desarrollar en láminas y cortarlas y apilarlas, o proyectarlas sobre material de archivo para tallarlas. El proceso Munz (1956) reprodujo una imagen tridimensional de un objeto exponiendo selectivamente, capa por capa, una fotoemulsión en un pistón descendente. Después de la fijación , un cilindro transparente sólido contiene una imagen del objeto.
- Joseph J. Beaman [14]
"Los orígenes de la creación rápida de prototipos: RP proviene de la industria CAD en constante crecimiento, más específicamente, del lado de modelado sólido de CAD. Antes de que se introdujera el modelado sólido a fines de la década de 1980, los modelos tridimensionales se creaban con estructuras y superficies de alambre. Pero Hasta el desarrollo de modelos sólidos verdaderos no se pudieron desarrollar procesos innovadores como RP. Charles Hull, quien ayudó a fundar 3D Systems en 1986, desarrolló el primer proceso RP. Este proceso, llamado estereolitografía, construye objetos curando capas delgadas consecutivas de ciertos rayos ultravioleta resinas líquidas sensibles a la luz con un láser de baja potencia. Con la introducción de RP, los modelos sólidos CAD podrían cobrar vida repentinamente ". [15]
Las tecnologías denominadas Solid Freeform Fabrication son lo que hoy reconocemos como prototipado rápido, impresión 3D o fabricación aditiva : Swainson (1977), Schwerzel (1984) trabajaron en la polimerización de un polímero fotosensible en la intersección de dos rayos láser controlados por computadora . Ciraud (1972) consideró la deposición magnetostática o electrostática con haz de electrones , láser o plasma para el revestimiento de superficies sinterizadas. Todos estos fueron propuestos, pero se desconoce si se construyeron máquinas de trabajo. Hideo Kodama del Instituto Municipal de Investigación Industrial de Nagoya fue el primero en publicar un relato de un modelo sólido fabricado utilizando un sistema de prototipos rápidos de fotopolímeros (1981). [2] Stratasys fabricó el primer sistema de creación rápida de prototipos 3D basado en Fused Deposition Modeling (FDM) en abril de 1992, pero la patente no se emitió hasta el 9 de junio de 1992. Sanders Prototype, Inc presentó la primera impresora 3D de inyección de tinta de escritorio (3DP ) utilizando una invención del 4 de agosto de 1992 (Helinski), Modelmaker 6Pro a finales de 1993 y luego la impresora 3D industrial más grande, Modelmaker 2, en 1997. [16] Z-Corp utiliza la unión en polvo MIT 3DP para Direct Shell Casting (DSP ) inventado en 1993 se introdujo en el mercado en 1995. [17] Incluso en esa fecha temprana, se consideraba que la tecnología tenía un lugar en la práctica de fabricación. Una salida de baja resolución y baja resistencia tuvo valor en la verificación del diseño, la fabricación de moldes, las plantillas de producción y otras áreas. Los productos han avanzado constantemente hacia usos de especificaciones más altas. [18] Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) comenzó como un fabricante de impresión 3D de creación rápida de prototipos con Modelmaker 6Pro para realizar patrones termoplásticos de sacrificio de modelos CAD que utilizan tecnología de boquilla única de inyección de tinta Drop-On-Demand (DOD). [17]
Se buscan constantemente innovaciones para mejorar la velocidad y la capacidad de hacer frente a las aplicaciones de producción en masa. [19] Un desarrollo espectacular que RP comparte con áreas relacionadas con CNC es el código abierto gratuito de aplicaciones de alto nivel que constituyen una cadena de herramientas CAD - CAM completa . Esto ha creado una comunidad de fabricantes de dispositivos de baja resolución. Los aficionados incluso han hecho incursiones en diseños de dispositivos con efectos láser más exigentes [20]
La primera lista de procesos de RP o tecnologías de fabricación publicada en 1993 fue escrita por Marshall Burns y explica cada proceso de manera muy detallada. También nombra algunas tecnologías que fueron precursoras de los nombres de la lista a continuación. Por ejemplo: Visual Impact Corporation solo produjo un prototipo de impresora para la deposición de cera y luego otorgó la patente a Sanders Prototype, Inc. en su lugar. BPM utilizó las mismas impresoras de inyección de tinta y materiales. [21]
Ver también
- Modelado y fabricación digital
- Laboratorio fabuloso
- Modelado de redes diseñado por láser
- Producto mínimo viable
- Hardware abierto
- Utillaje rápido
- Constructor universal Von Neumann
Referencias
- ^ eFunda, Inc. " Creación rápida de prototipos: una descripción general" . Efunda.com . Consultado el 14 de junio de 2013 .
- ^ a b c d "Informe del panel JTEC / WTEC sobre creación rápida de prototipos en Europa y Japón" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 30 de agosto de 2017 . Consultado el 28 de diciembre de 2016 .
- ^ "Entrevista con el Dr. Greg Gibbons, fabricación aditiva, WMG, Universidad de Warwick", Universidad de Warwick, KnowledgeCentre Archivado el 22 de octubre de 2013 en la Wayback Machine . Consultado el 18 de octubre de 2013.
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Bibliografía
- Wright, Paul K. (2001). Fabricación del siglo XXI . Nueva Jersey: Prentice-Hall Inc.
enlaces externos
- Sitios web de creación rápida de prototipos en Curlie