Prototipagem rápida

Uma máquina de prototipagem rápida usando sinterização seletiva a laser (SLS)

corte de modelo 3D
A prototipagem rápida é um grupo de técnicas usadas para fabricar rapidamente um modelo em escala de uma peça física ou montagem usando dados tridimensionais de projeto auxiliado por computador (CAD).A construção da peça ou montagem geralmente é feita usando impressão 3D ou tecnologia de “fabricação de camada aditiva”.

Os primeiros métodos de prototipagem rápida tornaram-se disponíveis em meados da década de 1980 e foram usados ​​para produzir modelos e protótipos de peças.Hoje, eles são usados ​​para uma ampla gama de aplicações e são usados ​​para fabricar peças de qualidade de produção em números relativamente pequenos, se desejado, sem a típica economia desfavorável de curto prazo.Essa economia incentivou as agências de serviços on-line.Pesquisas históricas da tecnologia RP começam com discussões sobre técnicas de produção de simulacros usadas por escultores do século XIX.Alguns escultores modernos usam a tecnologia de progênie para produzir exposições e vários objetos.A capacidade de reproduzir projetos de um conjunto de dados deu origem a questões de direitos, pois agora é possível interpolar dados volumétricos de imagens unidimensionais.

Assim como nos métodos subtrativos CNC, o fluxo de trabalho CAD-CAM de projeto auxiliado por computador - manufatura assistida por computador no processo tradicional de prototipagem rápida começa com a criação de dados geométricos, seja como um sólido 3D usando uma estação de trabalho CAD ou fatias 2D usando um dispositivo de digitalização.Para prototipagem rápida, esses dados devem representar um modelo geométrico válido;ou seja, aquele cujas superfícies delimitadoras encerram um volume finito, não contêm orifícios que exponham o interior e não se dobram sobre si mesmos.Em outras palavras, o objeto deve ter um “dentro”.O modelo é válido se, para cada ponto no espaço 3D, o computador puder determinar exclusivamente se esse ponto está dentro, sobre ou fora da superfície limite do modelo.Os pós-processadores CAD aproximarão as formas geométricas CAD internas dos fornecedores de aplicativos (por exemplo, B-splines) com uma forma matemática simplificada, que por sua vez é expressa em um formato de dados especificado que é uma característica comum na manufatura aditiva: formato de arquivo STL, um padrão de fato para transferir modelos geométricos sólidos para máquinas SFF.

Para obter as trajetórias de controle de movimento necessárias para conduzir o SFF real, prototipagem rápida, impressão 3D ou mecanismo de manufatura aditiva, o modelo geométrico preparado é normalmente cortado em camadas, e as fatias são escaneadas em linhas (produzindo um “desenho 2D” usado para gerar trajetória como no caminho da ferramenta do CNC), imitando ao contrário o processo de construção física camada a camada.

1. Áreas de aplicação
A prototipagem rápida também é comumente aplicada na engenharia de software para experimentar novos modelos de negócios e arquiteturas de aplicativos, como Aeroespacial, Automotivo, Serviços Financeiros, Desenvolvimento de Produtos e Saúde.As equipes de design aeroespacial e industrial dependem da prototipagem para criar novas metodologias de MA na indústria.Usando o SLA, eles podem criar rapidamente várias versões de seus projetos em poucos dias e começar a testar mais rapidamente.A prototipagem rápida permite que designers/desenvolvedores forneçam uma ideia precisa de como o produto final ficará antes de investir muito tempo e dinheiro no protótipo.A impressão 3D usada para prototipagem rápida permite que a impressão 3D industrial ocorra.Com isso, você pode ter moldes em grande escala para peças de reposição sendo bombeadas rapidamente em um curto período de tempo.

2. História
Na década de 1970, Joseph Henry Condon e outros da Bell Labs desenvolveram o Unix Circuit Design System (UCDS), automatizando a tarefa laboriosa e propensa a erros de converter manualmente desenhos para fabricar placas de circuito para fins de pesquisa e desenvolvimento.

Na década de 1980, os formuladores de políticas e gerentes industriais dos EUA foram forçados a perceber que o domínio dos Estados Unidos no campo da fabricação de máquinas-ferramenta evaporou, no que foi chamado de crise das máquinas-ferramenta.Numerosos projetos buscaram contrariar essas tendências na área CNC CAM tradicional, que havia começado nos EUA.Mais tarde, quando os Sistemas de Prototipagem Rápida saíram dos laboratórios para serem comercializados, reconheceu-se que os desenvolvimentos já eram internacionais e as empresas de prototipagem rápida dos EUA não teriam o luxo de deixar escapar uma liderança.A National Science Foundation era um guarda-chuva para a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA), o Departamento de Energia dos EUA, o Departamento de Comércio dos EUA NIST, o Departamento de Defesa dos EUA, a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) e o Escritório de A Naval Research coordenou estudos para informar os planejadores estratégicos em suas deliberações.Um desses relatórios foi o Relatório do Painel de Prototipagem Rápida na Europa e no Japão de 1997, no qual Joseph J. Beaman, fundador da DTM Corporation, fornece uma perspectiva histórica:

As raízes da tecnologia de prototipagem rápida podem ser atribuídas a práticas de topografia e fotoescultura.Dentro da TOPOGRAFIA, Blanther (1892) sugeriu um método em camadas para fazer um molde para mapas topográficos em relevo em papel. O processo envolvia cortar as linhas de contorno em uma série de placas que eram então empilhadas.Matsubara (1974) da Mitsubishi propôs um processo topográfico com uma resina de fotopolímero fotoendurecível para formar camadas finas empilhadas para fazer um molde de fundição.A FOTOESCULTURA foi uma técnica do século XIX para criar réplicas tridimensionais exatas de objetos.O mais famoso François Willeme (1860) colocou 24 câmeras em uma matriz circular e simultaneamente fotografou um objeto.A silhueta de cada fotografia foi então usada para esculpir uma réplica.Morioka (1935, 1944) desenvolveu uma fotoescultura híbrida e um processo topográfico usando luz estruturada para criar fotograficamente as linhas de contorno de um objeto.As linhas poderiam então ser desenvolvidas em folhas e cortadas e empilhadas, ou projetadas em material de estoque para entalhe.O Processo Munz (1956) reproduziu uma imagem tridimensional de um objeto expondo seletivamente, camada por camada, uma emulsão fotográfica em um pistão rebaixado.Após a fixação, um cilindro transparente sólido contém uma imagem do objeto.

—Joseph J. Beaman
“As Origens da Prototipagem Rápida – RP derivam da crescente indústria de CAD, mais especificamente, o lado de modelagem sólida do CAD.Antes da modelagem sólida ser introduzida no final dos anos 1980, os modelos tridimensionais eram criados com estruturas de arame e superfícies.Mas não até o desenvolvimento da verdadeira modelagem sólida, processos inovadores como RP poderiam ser desenvolvidos.Charles Hull, que ajudou a fundar a 3D Systems em 1986, desenvolveu o primeiro processo de RP.Esse processo, chamado estereolitografia, constrói objetos curando finas camadas consecutivas de certas resinas líquidas sensíveis à luz ultravioleta com um laser de baixa potência.Com a introdução do RP, os modelos sólidos CAD podem subitamente ganhar vida”.

As tecnologias referidas como Solid Freeform Fabrication são o que reconhecemos hoje como prototipagem rápida, impressão 3D ou manufatura aditiva: Swainson (1977), Schwerzel (1984) trabalharam na polimerização de um polímero fotossensível na interseção de dois feixes de laser controlados por computador.Ciraud (1972) considerou a deposição magnetostática ou eletrostática com feixe de elétrons, laser ou plasma para revestimento de superfícies sinterizadas.Todos eles foram propostos, mas não se sabe se máquinas de trabalho foram construídas.Hideo Kodama, do Instituto Municipal de Pesquisa Industrial de Nagoya, foi o primeiro a publicar um relato de um modelo sólido fabricado usando um sistema de prototipagem rápida de fotopolímero (1981).O primeiro sistema de prototipagem rápida 3D baseado em Fused Deposition Modeling (FDM) foi feito em abril de 1992 pela Stratasys, mas a patente não foi emitida até 9 de junho de 1992. A Sanders Prototype, Inc introduziu a primeira impressora 3D a jato de tinta (3DP) de mesa usando uma invenção de 4 de agosto de 1992 (Helinski), Modelmaker 6Pro no final de 1993 e, em seguida, a impressora 3D industrial maior, Modelmaker 2, em 1997. Z-Corp usando a ligação em pó MIT 3DP para Direct Shell Casting (DSP) inventada em 1993 foi introduzida para no mercado em 1995. Mesmo naquela data inicial, a tecnologia era vista como tendo um lugar na prática de fabricação.Uma saída de baixa resolução e baixa resistência tinha valor na verificação do projeto, fabricação de moldes, gabaritos de produção e outras áreas.As saídas avançaram constantemente em direção a usos de especificações mais altas.Sanders Prototype, Inc. (Solidscape) começou como um fabricante de impressão 3D de prototipagem rápida com o Modelmaker 6Pro para fazer padrões termoplásticos sacrificiais de modelos CAD usando tecnologia de bico único de jato de tinta Drop-On-Demand (DOD).

Inovações estão constantemente sendo buscadas, para melhorar a velocidade e a capacidade de lidar com aplicações de produção em massa.Um desenvolvimento dramático que a RP compartilha com áreas CNC relacionadas é o freeware de código aberto de aplicativos de alto nível que constituem toda uma cadeia de ferramentas CAD-CAM.Isso criou uma comunidade de fabricantes de dispositivos de baixa resolução.Os amadores até fizeram incursões em designs de dispositivos com efeitos a laser mais exigentes

A primeira lista de Processos de RP ou Tecnologias de Fabricação publicada em 1993 foi escrita por Marshall Burns e explica cada processo minuciosamente.Ele também cita algumas tecnologias que foram precursoras dos nomes na lista abaixo.Por exemplo: a Visual Impact Corporation produziu apenas um protótipo de impressora para deposição de cera e, em vez disso, licenciou a patente para a Sanders Prototype, Inc.A BPM usou os mesmos jatos de tinta e materiais.