Politechnika Śląska w Zabrzu
Metody innowacyjnego zarządzania
Szybkie prototypowanie

1. Szybkie prototypowanie w teorii.

Szybkie prototypowanie to technika automatycznego tworzenia obiektów fizycznych za pomocą technologii produkcji dodatku. Pierwsze techniki szybkiego prototypowania stały się dostępny pod koniec 1980 i były wykorzystywane do produkcji modeli i części prototypowych. Obecnie są one wykorzystywane na znacznie szerszy zakres zastosowań, a nawet wykorzystywane do wytwarzania produkcji wysokiej jakości części w liczbie stosunkowo niewielka.¹

Szybkie prototypowanie są to addytywne technologie umożliwiające uzyskanie fizycznego modelu projektowanego przedmiotu na podstawie jego modelu 3D w systemie CAD. Niezależnie od metody jaką zostanie wykonany rzeczywisty model, zapis systemu CAD jest konwertowany do formatu STL, będącego nieformalnym językiem tej technologii. Następnie dokonuje się poprzecznego (płaszczyzna XY) podziału modelu na warstwy, których grubość, w przypadku technologii FDM, uzależniona jest od wielkości dyszy modelowej zastosowanej do budowy części. Czas wykonania rzeczywistego modelu metodami Rapid Prototyping (ang.) jest niewspółmiernie krótszy w porównaniu do standardowych metod obróbki ubytkowej, przez co technologia ta stworzyła nowe możliwości przed konstruktorami i projektantami. Wraz z rozwojem metod Szybkie prototypowanie zaczęły pojawiać się nowe strategie projektowe bazujące na wytwarzaniu prototypów w poszczególnych stadiach procesu projektowania. Metodami Rapid Prototyping tworzone są zarówno modele poglądowe jak i elementy funkcjonalne, używane bezpośrednio do konstrukcji maszyn lub urządzeń oraz takie znajdujące zastosowanie np. w procesach odlewniczych. ²

Do najpopularniejszych technik szybkiego prototypowania należą :

• SLY (ang. Selective Laser Sintering) - selektywne spiekanie laserowe proszków metali bąd¼ innego materiału kompozytowego,

• FDM (ang. Focused Deposition Modelling) - modelowanie ciekłym tworzywem termoplastycznym,

• LOM (ang. Laminated Object Manufacturing) - wycinanie zarysu modelu na przyklejanych warstwowo papierach lub foliach,

• MJM (Multi-Jet Modeling) - przyrostowe nanoszenie stopionego fotopolimeru akrylowego przez głowicę wielo dyszową,

• 3D PRINTING - technika podobna do druku atramentowego, przy czym atrament zastępuje spoiwo łączące proszek naniesiony na stół modelowy.³

Wykorzystanie szybkiego prototypowania pozwala podnieść wydajność w zakresie produkcji poprzez kierowanie całym procesem od powstania koncepcji produktu aż do jego wdrożenia na rynek szybko i po niższych kosztach. Omawiana technika organizowania działalności innowacyjnej ma znaczący wpływ na proces projektowania produktów, gdyż pozwala obejrzeć fizyczny obiekt od momentu, gdy powstanie model CAD. Jednocześnie można dokonywać oceny tego prototypu wcześniej oraz częściej nanosić zmiany podczas całego procesu projektowania.⁴

1. Szybkie prototypowanie w praktyce.

W ostatnich latach obserwujemy niezwykle dynamiczny rozwój szybkiego prototypowania i technik drukowania 3D na świecie. Wiele firm umacnia swoją pozycję poprzez rozwój nowoczesnych materiałów i urządzeń.

Jedną z nich jest firma Objet, będąca liderem w zakresie dostarczania urządzeń szybkiego protoypowania. W naszym kraju jej partnerem jest spółka Bibus Menos. Opracowana przez firmę innowacyjna technologia PolyJet przeznaczona jest do produkcji niezwykle dokładnych detali o wysokiej jakości. Wyróżnia się pod względem szybkości wydruku, dokładności i dopasowania elementów wykonanych w jednym procesie. Materiałem stosowanym przy produkcji ta metodą jest żywica fotoutwardzalna, która nakładana jest w 16-mikrometrowych warstwach. Taki krok daje bardzo dobre efekty jeśli chodzi o wydruk. Ogranicza ponadto do minimum obróbkę modeli po wydruku.⁵

Rozwinięciem wspomnianej technologii jest system PolyJet Matrix, który jeszcze bardziej zrewolucjonizował możliwości wydruku 3D, dodając funkcjonalność mieszania dwóch podstawowych komponentów celem uzyskania kilkudziesięciu materiałów o różnej charakterystyce fizycznej. Mieszanie materiałów odbywa się na stole roboczym, gdzie spadające mikrokrople żywicy łączą się ze sobą w precyzyjnym układzie gwarantującym zachowanie zadanych cech w strukturze całego elementu. W wyniku powstania technologii PolyJet Matrix otrzymać można szereg nowych materiałów podobnych do polipropylenu, silikonu, a także odpornych na wyższe temperatury. Jednym z ciekawszych wdrożeń było zastosowanie specjalnych komponentów, które po połączeniu w procesie wydruku tworzą materiał o cechach zbliżonych do tworzywa ABS, przy jednoczesnym zachowaniu precyzji wydruku i wysokiej jakości powierzchni.⁶

---

1. http://www.manufacturingterms.com/Polish/Rapid-Prototyping.html↩

2. http://www.rp-tech.pl/index.php?option=com_content&view=category&id=37&layout=blog&Itemid=50↩

3. http://www.drukowanie3d.com.pl/index.php?option=com_content&task=view&id=43&Itemid=33↩

4. http://imik.wip.pw.edu.pl/innowacje27/strona13.html↩

5. http://www.plastech.pl/wiadomosci/Nowe-rozwiazania-na-rynku-szybkiego-prototypowania,n5906↩

6. Ibidem↩