Rapid Prototyping: Van nische innovatie tot industrie-standaard oplossing

Rapid Prototyping: Van Obscure Tech tot Mainstream Dienst

Niet zo lang geleden leken zowel rapid prototyping als rapid manufacturing als sciencefictiontermen. Tegenwoordig zijn ze allebei hoogst gebruikt en bieden een standaardmanier om onderdelen op een snelle en kosteneffectieve manier te produceren.

Van 3D-printers tot laser microfabricatie machines, heeft rapid prototyping veel mainstream vormen aangenomen. De mathematische concepten die tot deze technologie leidden, werden bedacht door Professor Herb Voelker, die computerwetenschappelijke en solid modeling research deed in de jaren '70 en machine tools en numerieke computerprogrammering bestudeerde in de jaren '80. De principes werden toegepast op een fabricagetechniek, selectieve lasersintering, in de jaren '90 door Carl Deckard. Zo begon de technologische evolutionaire pad dat leidde tot 3D-printen, laser microfabricatie, en rapid product prototyping.

Tot recent waren deze concepten onbekend voor het grote publiek. Vandaag de dag zijn eenvoudige 3D-printers beschikbaar in consumentenwinkels. President Barack Obama verheerlijkte de mogelijkheden, revolutionair potentieel, en beschikbaarheid van rapid prototyping machines in zijn 2013 State of the Union toespraak. De technologie is niet langer obscuur. Verscheidene technieken bestaan nu en omvatten stereolithografie, CNC machining, injectiegieten, bladmetaalvormen, en aluminium- en kunststofextrusie, en nog veel meer.

Veel van de huidige processen omvatten een 3D computer-aided-design (CAD) model. Dit wordt vaak geconverteerd naar een stereolithografie model en digitaal opgesplitst in doorsneden. Gedetailleerde geometrie wordt gebruikt om deze lagen te analyseren en de data te vertalen in mechanische acties die een fysiek object vormen.

Rapid prototyping stelt bedrijven in staat om de initiële iteraties van producten snel te ontwikkelen en te testen. Het concept is echter niet beperkt tot prototypes. Veel eindgebruiksproducten worden op deze manier gemaakt dankzij technieken zoals selectieve lasersintering, die hoogst nauwkeurig is. Micromachining en microfabricatie tools worden verbeterd door hoge-snelheid femtoseconden lasers. Deze kunnen een heel klein gebied verwarmen (zo klein als 1 micrometer), zonder de omringende gebieden te veranderen. De ultra-hoge precisie wordt verder ondersteund door complexe, gesynchroniseerde optische en bewegingscontrolsystemen en gespecialiseerde software.

Technieken zoals ablative laser micromachining zijn zo gerijpt dat ze geschikt zijn voor mainstream industriële productie. Rapid manufacturing wordt gebruikt om brandstofinspuitingzuigers en andere auto-onderdelen te maken, en OLEDs voor consumentenelektronica. Micromanufacturing vindt ook in drie dimensies plaats. Additieve micromanufacturing stelt ontwerpers in staat om microstructuren, laag voor laag, te bouwen zonder materiaal van een vast object te verwijderen. Een efficiënter gebruik van materialen is daarmee mogelijk, en elektronica, biomedische, en decoratieve structuurmakers profiteren ervan. Microelectromechanische systemen worden ook sneller geproduceerd.

Rapid prototyping en manufacturing zijn daarom mainstream in de huidige technologische, snel veranderende wereld. De tools om productief, efficiënt en competitief te zijn, zijn beschikbaar voor fabrikanten. Net enkele decennia geleden begon het werk van experts dat leidde tot gestroomlijnde product prototyping processen die in veel industrieën vandaag de dag gebruikt worden.