Tecnología de creación rápida de prototipos
Tecnología de creación rápida de prototipos
La tecnología de creación rápida de prototipos, también conocida como tecnología de fabricación rápida de prototipos (RPM), nació a finales de los años 1980 y es una tecnología de alta tecnología basada en la acumulación de material. El método de fabricación se considera un logro importante en el campo de la fabricación en los últimos 20 años. Integra ingeniería mecánica, CAD, tecnología de ingeniería inversa, tecnología de fabricación en capas, tecnología CNC, ciencia de materiales y tecnología láser, y puede transformar de forma automática, directa, rápida y precisa ideas de diseño en prototipos con ciertas funciones o fabricar piezas directamente, proporcionando así una Método de implementación eficiente y de bajo costo para la creación de prototipos de piezas y la verificación de nuevas ideas de diseño. Es decir, la tecnología de creación rápida de prototipos utiliza datos CAD tridimensionales para apilar capas de materiales en prototipos físicos a través de una máquina de creación rápida de prototipos.
Características de la tecnología de creación rápida de prototipos
(1) No hay límite para los materiales utilizados en la fabricación de prototipos, y se pueden utilizar todo tipo de materiales metálicos y no metálicos;
(2) El prototipo tiene alta replicabilidad e intercambiabilidad;
(3) El proceso de fabricación no tiene nada que ver con la geometría del prototipo, y es aún más superior cuando se procesan superficies curvas complejas. ;
(4) El ciclo de procesamiento es corto, el costo es bajo y el costo no tiene nada que ver con la complejidad del producto. El costo general de fabricación se reduce en un 50% y el ciclo de procesamiento. se ahorra en más del 70%;
(5) Un alto grado de integración tecnológica puede lograr la integración del diseño y la fabricación;
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Antecedentes de la tecnología RP
(1) Con la formación de la integración del mercado global, la competencia en la industria manufacturera es muy feroz y la velocidad del desarrollo de productos se ha convertido cada vez más en la principal contradicción. En este caso, la capacidad (ciclo y costo) de un desarrollo rápido e independiente de productos (diseño rápido y herramientas y moldeo rápidos) se ha convertido en la base de la fortaleza de la competencia global en la industria manufacturera.
(2) Para satisfacer las necesidades cambiantes de los usuarios, la industria manufacturera requiere que la tecnología de fabricación tenga una gran flexibilidad y pueda producir en lotes pequeños o incluso en piezas individuales sin aumentar el costo del producto. . Por tanto, la velocidad del desarrollo de productos y la flexibilidad de la tecnología de fabricación son fundamentales.
(3) Desde la perspectiva del desarrollo tecnológico, el desarrollo y la popularización de la informática, la tecnología CAD, la ciencia de los materiales y la tecnología láser han sentado una base técnica y material para el surgimiento de nuevas tecnologías de fabricación.
Principios básicos de la tecnología RP
La tecnología de creación rápida de prototipos es una tecnología que utiliza diferentes métodos para acumular materiales basados en los principios de discreción y acumulación bajo control por computadora, y finalmente completa la formación y fabricacion de piezas.
1. Desde la perspectiva del conformado, las piezas pueden considerarse como una superposición de puntos o superficies. La información geométrica de puntos o planos se obtiene discretamente del modelo electrónico CAD y luego se combina con la información de los parámetros del proceso de conformado para controlar los materiales para acumular piezas desde el punto a la superficie y desde la superficie al cuerpo de manera regular y precisa.
2. Desde una perspectiva de fabricación, genera información geométrica tridimensional de piezas basada en modelado CAD, controla sistemas multidimensionales y apila materiales capa por capa mediante rayos láser u otros métodos para formar prototipos o regiones.
Tipos de tecnología RP
En la última década, con la formación de la integración del mercado global, la competencia en la industria manufacturera se ha vuelto feroz. En particular, la rápida popularidad de la tecnología informática y la aplicación generalizada de la tecnología CAD/CAM han permitido que la tecnología RP se desarrolle a una velocidad inusualmente alta, mostrando una gran vitalidad y amplias perspectivas de aplicación. La tecnología de creación rápida de prototipos se ha desarrollado rápidamente debido a su alta integración, alta flexibilidad y alta velocidad. En la actualidad, existen docenas de métodos de proceso de creación rápida de prototipos, entre los que se encuentran cuatro tipos básicos de procesos principales: estereolitografía, fabricación de sólidos en capas, sinterización selectiva por láser y fabricación por deposición fundida.
1. Moldeo por fotopolimerización
El proceso SLA (StereolithographyApparatus) también se denomina modelado por luz, estereolitografía e impresión tridimensional. El proceso utiliza resina fotosensible líquida como material para llenar el líquido. La computadora controla el rayo láser para seguir la trayectoria de la sección transversal de las capas e irradiar la resina líquida en el tanque de líquido para solidificar esta capa de resina. Luego, la plataforma elevadora desciende un nivel y la capa formada se cubre con otra capa de resina. Se escanea una nueva capa de resina y la capa recién solidificada se adhiere firmemente a la capa anterior. Esto se repite hasta que se fabrica toda la pieza y se obtiene un modelo sólido tridimensional. Las características de este proceso son: alta precisión de las piezas prototipo, buena resistencia y dureza de las piezas y la capacidad de producir piezas huecas con formas particularmente complejas. Los modelos producidos son flexibles y se pueden desmontar y ensamblar a voluntad. Método de moldeo indirecto. La desventaja es que requiere soporte y la contracción de la resina provocará una disminución de la precisión. Además, la resina fotopolimerizable tiene un cierto grado de toxicidad y no está en línea con la tendencia de desarrollo de la fabricación ecológica.
2. Fabricación de entidades en capas
El proceso LOM (fabricación de objetos laminados) también se denomina fabricación de entidades laminadas. Su principio de proceso es cortar láminas y papel en función de la información geométrica en capas del objeto. parte. Las capas obtenidas se unen en un sólido tridimensional. El proceso es: primero coloque una capa de papel de aluminio y luego use CO y láser para cortar el contorno de esta capa bajo control por computadora, y todas las partes que no sean partes se cortan en pedazos para facilitar su extracción. Cuando se completa esta capa, se extiende otra capa de lámina, se enrolla con un rodillo y se calienta para solidificar el adhesivo, de modo que la capa recién colocada pueda unirse firmemente al cuerpo formado, y luego se corta el contorno de esta capa. repetir hasta completar el procesamiento, y finalmente retirar las partes picadas para obtener partes completas. Las características de este proceso son operación confiable, buen soporte de modelo, bajo costo y alta eficiencia. La desventaja es que el procesamiento previo y posterior requiere mucho tiempo y mano de obra, y no se pueden fabricar piezas estructurales huecas.
3. Sinterización selectiva por láser
El proceso SLS (Sinterización selectiva por láser) utiliza comúnmente polvos de metales, cerámicas, plásticos ABS y otros materiales como materiales de formación. El proceso es: primero se extiende una capa de polvo sobre el banco de trabajo y luego se sinteriza selectivamente con un rayo láser bajo control por computadora (la parte hueca de la pieza no está sinterizada y sigue siendo un material en polvo), y las piezas sinterizadas se solidifican. juntos para formar La parte sólida de la pieza. Una vez completada una capa, se pasa a la siguiente y la nueva capa se sinteriza firmemente con la capa superior. Una vez completada toda la sinterización, se elimina el exceso de polvo y se obtienen las piezas sinterizadas. La característica de este proceso es que cuenta con una amplia gama de materiales y puede fabricar no sólo piezas plásticas, sino también piezas de cerámica, metales, ceras y otros materiales. La precisión del moldeo es alta y el prototipo tiene alta resistencia, por lo que el prototipo puede usarse para pruebas funcionales o simulación de ensamblaje.
4. Fabricación por deposición fundida
El proceso FDM (fabricación por deposición fundida) también se denomina fabricación por deposición fundida. El proceso utiliza alambre de material termoplástico como material, y el alambre de material pasa a través de él. el calentador se funde en líquido y la computadora controla el movimiento preciso del cabezal de extrusión a lo largo del contorno de cada sección transversal de la pieza, de modo que los filamentos de material termoplástico fundido se extruyen a través de la boquilla, cubriendo la pieza construida. , y en muy poco tiempo se solidifica rápidamente con el tiempo para formar una capa de material. Luego, el cabezal de extrusión se mueve axialmente hacia arriba una pequeña distancia para construir la siguiente capa de material. Esto se acumula capa por capa de abajo hacia arriba para formar un modelo o pieza sólida. Este proceso se caracteriza por su uso y mantenimiento sencillos, su bajo coste y su rápida velocidad. Se puede formar un prototipo de una complejidad típica en sólo unas pocas horas y no contamina.
Además de las cuatro tecnologías más familiares mencionadas anteriormente, también se han puesto en práctica muchas otras tecnologías, como la tecnología de impresión tridimensional, la tecnología de protección contra la luz, el método de carcasa directa, la tecnología de sinterización directa y la tecnología holográfica. fabricación de interferencias, etc.
Aplicación de la tecnología RP
Mejorar continuamente el nivel de aplicación de la tecnología RP es un aspecto importante para promover el desarrollo de la tecnología RP. En la actualidad, la tecnología de creación rápida de prototipos se ha utilizado ampliamente en modelado industrial, fabricación de maquinaria, aeroespacial, militar, arquitectura, cine y televisión, electrodomésticos, industria ligera, medicina, arqueología, cultura y arte, escultura, joyería y otros campos.
Y a medida que la tecnología se desarrolle, sus áreas de aplicación seguirán expandiéndose. La aplicación práctica de la tecnología RP se concentra principalmente en los siguientes aspectos:
(1) La aplicación de tecnología de creación rápida de prototipos en el proceso de diseño de nuevos productos ha establecido un nuevo método de desarrollo de productos para diseñadores y desarrolladores de productos industriales. modelo. El uso de la tecnología RP puede transformar de forma rápida, directa y precisa ideas de diseño en modelos físicos (muestras) con determinadas funciones. Esto no solo acorta el ciclo de desarrollo, sino que también reduce los costos de desarrollo y permite a las empresas tomar la delantera en la feroz competencia del mercado. .
(2) Aplicación en el campo de la fabricación de maquinaria Debido a las características de la tecnología RP, ha sido ampliamente utilizada en el campo de la fabricación de maquinaria, y se utiliza principalmente para fabricar piezas únicas y pequeños lotes de metal. regiones. Algunas piezas especiales y complejas generalmente se pueden formar directamente utilizando la tecnología RP, ya que solo necesitan producirse en una sola pieza o en pequeños lotes de menos de 50 piezas, con bajo costo y ciclo corto.
(3) Fabricación rápida de moldes El tiempo de producción de moldes tradicional es largo y el coste elevado. La combinación de la tecnología de creación rápida de prototipos con la tecnología tradicional de fabricación de moldes puede acortar en gran medida el ciclo de desarrollo de la fabricación de moldes y mejorar la productividad. Es una forma eficaz de resolver los eslabones débiles en el diseño y la fabricación de moldes. La aplicación de la tecnología de creación rápida de prototipos en la fabricación de moldes se puede dividir en dos tipos: moldeo directo y moldeo indirecto. El moldeo directo se refiere al uso de tecnología RP para acumular moldes directamente. El moldeo indirecto consiste en crear primero piezas de creación de prototipos rápidos y luego copiarlas. molde que necesitas.
(4) Aplicación en el campo médico En los últimos años, la gente ha investigado más sobre la aplicación de la tecnología RP en el campo médico. Basándose en datos de imágenes médicas, la tecnología RP se utiliza para crear modelos de órganos humanos, lo que tiene un gran valor de aplicación en operaciones quirúrgicas.
(5) Aplicación en el campo de la cultura y el arte En el campo de la cultura y el arte, la tecnología de fabricación de prototipos rápidos se utiliza principalmente en la creación artística, reproducción de reliquias culturales, escultura digital, etc.
(6) Aplicación en el campo de la tecnología aeroespacial En el campo aeroespacial, los experimentos de simulación aerodinámica en tierra (es decir, experimentos en túnel de viento) son necesarios para diseñar sistemas avanzados de transbordadores espacio-tierra (es decir, transbordadores espaciales). Un vínculo indispensable e importante. El modelo utilizado en este experimento tiene una forma compleja, requisitos de alta precisión y características optimizadas. Según el modelo CAD, el equipo RP completa automáticamente el modelo sólido, lo que puede garantizar la calidad del modelo.
(7) Aplicación en la industria de electrodomésticos En la actualidad, los sistemas de creación rápida de prototipos se han popularizado y aplicado ampliamente en la industria de electrodomésticos, lo que ha convertido a muchas empresas de electrodomésticos en la vanguardia del país. Por ejemplo, Midea, Huabao y Kelon en Guangdong; Chunlan y Little Swan en Jiangsu; Haier en Qingdao, etc. han adoptado sistemas de creación rápida de prototipos para desarrollar nuevos productos y han logrado buenos resultados. La tecnología de creación rápida de prototipos se utiliza ampliamente. Se cree que a medida que la tecnología de fabricación de creación rápida de prototipos continúe madurando y mejorando, se promoverá y aplicará en más y más campos.
La dirección del desarrollo de la tecnología de creación rápida de prototipos
A juzgar por el estado actual de la investigación y la aplicación de la tecnología RP, el trabajo adicional de investigación y desarrollo sobre la tecnología de creación rápida de prototipos incluye principalmente los siguientes aspectos: p>
(1) Desarrollar materiales de creación rápida de prototipos con buen rendimiento, como materiales de conformación de bajo costo, fáciles de formar, pequeñas deformaciones, alta resistencia, durabilidad y libres de contaminación.
(2) Mejorar la velocidad de procesamiento del sistema RP y desarrollar métodos de proceso de fabricación paralelos.
(3) Mejorar la confiabilidad del sistema de creación rápida de prototipos, aumentar su productividad y capacidad para producir piezas grandes, optimizar la estructura del equipo, mejorar especialmente la precisión, la calidad de la superficie y las propiedades mecánicas y físicas de las piezas formadas. , para un mayor desarrollo El procesamiento de moldes y los experimentos funcionales sirven de base.
(4) Desarrollar software RPM de alto rendimiento para la creación rápida de prototipos. Mejore la velocidad y precisión del procesamiento de datos, investigue y desarrolle métodos para el corte directo utilizando datos originales CAD y reduzca la pérdida de precisión causada por la conversión de formato STL y el procesamiento de corte.
(5) Desarrollar nuevas fuentes de energía formadora.
(6) Mejora e innovación de métodos y procesos de prototipado rápido. La tecnología de conformado directo de metales se convertirá en otro punto importante en futuras investigaciones y aplicaciones.
(7) Realizar investigaciones sobre la integración de tecnología de creación rápida de prototipos con CAD, CAE, RT, CAPP, CAM, medición automática de alta precisión e ingeniería inversa.
(8) Incrementar la intensidad de la investigación de los servicios en red y realizar el control remoto.
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