Blog

Szybkie prototypowanie – a co to takiego? To nigdy nie jest „tylko” prototype. Szybkie prototypowanie (ang. rapid prototyping) to grupa technik, stosowanych do szybkiego wykonania modelu części fizycznej lub zespołu z wykorzystaniem trójwymiarowych danych projektowych (plików STL) wspomaganych systemami komputerowymi typu CAD. Konstrukcja części lub zespołu części jest zazwyczaj wykonywana z wykorzystaniem technologii druku 3D lub technologii tzw. "produkcji warstwowej" nazywanej często techniką, technologią addytywną (poprzez dodawanie kolejnych warstw, budowa elementów części warstwa po warstwie) [2, 3, 6, 7, 8].

Inna definicja szybkiego prototypowania mówi Nam o tym, iż w inżynierii mechanicznej „szybkie prototypowanie” odnosi się do szybkiej produkcji komponentów, która rozpoczyna się od cyfrowego modelu 3D. W dość powszechnym ujęciu „szybkie prototypowanie” jest jedną z metod wytwarzania, ale w szczególności przy opracowywaniu produktu termin ten jest rozumiany jako metoda szybkich testów projektowych w rzeczywistych warunkach [1] .

Wśród zalet szybkiego prototypowania można wymienić m.in. szybkość wytwarzania prototypów (szybsze informacje zwrotne, rozwój, wejście na rynek), ekonomiczność metody (mniej wysiłku, mniej błędów, niższe koszty), elastyczność wywarzania prototypów (większa swoboda podczas projektowania, więcej optymalizacji, więcej innowacji), odnawialność procesu (szybsze procesy, mniej odpadów, więcej recyklingu) [1, 7].

Wśród rodzajów prototypów możemy wyróżnić następujące prototypy [1]: prototyp projektowy - skonstruowany w celu przetestowania, czy zrealizowany obiekt spełnia wymagania optyczne i pasuje do ogólnej koncepcji, modele te nie mają żadnej funkcjonalności i mogą być wytwarzane ze standardowych tworzyw sztucznych; prototyp geometryczny - ma dokładne wymiary aplikacji i można go zainstalować, aby sprawdzić, czy inne modyfikacje są konieczne do dopasowania, umożliwia to również sprawdzenie i potwierdzenie wymagań dotyczących niezbędnych materiałów; prototyp funkcjonalny - mapuje centralne funkcje planowanego komponentu i może być testowany bezpośrednio w aplikacji, w tym przypadku, zaleca się wykonanie niewielkiej serii części próbnych, aby można je było przetestować w różnych warunkach; prototyp techniczny – po wyborze geometrii i rodzaju materiału, gotowe zastosowanie jest testowane przy użyciu prototypu technicznego w użyciu, model już całkowicie pasuje do produktu końcowego pod względem materiału, zachowania mechanicznego i geometrii; prototypowanie przemysłowe - zanim produkt trafi do masowej produkcji, często produkowane są małe serie, szczególnie w przemyśle motoryzacyjnym (na przykład w przypadku pojazdów produkowanych seryjnie), aby klienci mogli wypróbować nowy model, na tym etapie rozwoju produktu często konieczne są modyfikacje zastosowanego materiału. Szybkie prototypowanie umożliwia kadrze inżynierskiej tzw. walidację (testowanie, sprawdzenie) obiektów, projektów. Dzięki dostępnym technologiom i materiałom (tworzywa sztuczne, a także metale) prototypy wykonane w technologiach druku 3D sprawdzają się podczas testów wizualnych, jak również testów w pełni funkcjonalnych [6].

Jakie branże wykorzystują szybkie prototypowanie? Szybkie prototypowanie 3D znajduje szerokie zastosowanie w różnych branżach działalności gospodarczej. Początkowo szybkie prototypowanie przedmiotów, stosowane było głównie we wzornictwie przemysłowym i przy projektowaniu. Później znalazło ono jednak swoje miejsce przy prototypowaniu części motoryzacyjnych. Obecnie rozwijane jest prototypowanie przy użyciu technik przyrostowych w medycynie, inżynierii biomedycznej oraz tkankowej. Tworzone są specjalne modele 3D na potrzeby chirurgii rekonstrukcyjnej i implantologii [4]. Na rys. 1 przedstawiono przykłady wydruków 3D różnych części oraz model służący do wykonania takiego wydruku.

Rys. 1. Przykłady: a) kolorowego wydruku obrazującego efekt analiz MES, b) element ze skomplikowaną strukturą wewnętrzną (ruchome części wewnętrzne), c) okno przykładowego programu z widocznym elementem, który zostanie wytworzony w procesie druku 3D [3]

Podział szybkiego prototypowania (technik przyrostowych) możemy przedstawić na następującym schemacie (rys. 2):

Rys. 2. Podział technik przyrostowych, metod szybkiego prototypowania (rapid prototyping) – opracowanie własne na podstawie [5]

Literatura:

[1] https://www.igus.pl/info/rapid-prototyping, z dnia 28.02.2022r.
[2] https://pl.wikipedia.org/wiki/Rapid_prototyping, z dnia 1.03.2022r.
[3] https://www.konstrukcjeinzynierskie.pl/images/stories/archiwumPDF/2008/3_2008.pdf, z dnia 1.03.2022r.
[4] https://b3d.com.pl/szybkie-prototypowanie-w-druku-3d/, z dnia 1.03.2022r.
[5] https://wynalazca.tv/szybkie-prototypowanie-rapid-prototyping-druk-3d/, z dnia 1.03.2022r.
[6] https://www.materialise.com/pl/manufacturing/szybkie-prototypowanie
[7] https://www.ijpaliga.pl/blog/prototypy.html
[8] Dugan Um: Rapid Prototyping. Solid Modeling and Applications pp 193-229. DOI: 10.1007/978-3-319-74594-7_7, https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-74594-7_7, z dnia 1.03.2022r.

dr inż. Ireneusz Zagórski
Katedra Podstaw Inżynierii Produkcji
Politechnika Lubelska