ラピッドプロトタイプモデルの説明:その仕組みと重要な理由

ラピッド プロトタイプ モデルは通常、コンピュータ図面から作成されたプラスチックまたは金属部品であり、これにより顧客は開発中の製品をレビューできます。 20 世紀後半から、デザイナーが 3 次元 (3D) 図面を作成できるコンピューター ソフトウェアが開発されました。これらの図面から物理構造を作成できる機器の並行開発が、迅速なモデリングのビジネスにつながりました。

3D ソフトウェアを使用した部品の設計は、目的の部品の概念図を作成することから始まります。設計者は、この図面を使用してソフトウェア ベースの 3D モデルを作成し、部品をさまざまな角度や方向から見ることができます。このソフトウェアは、部品を仮想的に分解して、産業プラントでどのように組み立てが行われるかを顧客に示すこともできます。ソフトウェア設計には、部品の故障や設計上の欠陥を推定するために、さまざまな応力や衝撃条件下で部品を「テスト」する機能が含まれることがよくあります。

3D プリンターの導入により、迅速なプロトタイプ モデルの開発が現実になりました。 20 世紀後半にはいくつかの異なるテクノロジが進化しましたが、それらはすべてソフトウェア モデルを作成するコンピュータ支援設計 (CAD) プログラムに関連付けられていました。すべての 3D プリンターは、プラスチックまたは金属の連続層を順番に構築する技術を使用して、部品の物理サンプルを作成します。

あるタイプのプリンタでは、プリンタ キャビネット内に微粉末が使用されていました。コンピューター ソフトウェアは、画像を非常に薄くスライスするかのように、図面を何千もの非常に細かいレイヤーに変換しました。プリンターは、最下層の形状の粉末の上に化学結合剤をスプレーしました。次に粉末をこの層上で混合し、平らなトレイをわずかに下げました。 3D パーツが作成されるまで、次の層のバインダーと粉末が追加され、これが繰り返されます。部品の複雑さによっては、1 つのサンプルを完成させるためにプリンタを数日間稼働させる必要がある場合があります。

別のタイプのラピッド プロトタイプ モデル プリンターでは、溶融可能なプラスチックが使用されていました。ノズルは、溶けた材料の小さなドットをプリンターのトレイ上に連続した層で配置し、部品を構築します。プラスチックの層が固体のプラスチックのプロトタイプを形成するため、これらの部品は多くの場合、機械から直接使用できました。これは、取り扱いはできるものの、テストや実際の使用には十分な強度がない可能性があるパーツを作成する一部の粉体プリンターに比べて改善されたものです。

金属焼結と呼ばれるプロセスを使用して、迅速なプロトタイプ モデルを作成することもできます。比較的融点の低いアルミニウムや銅などの金属は、溶けたプラスチックと同様の方法で 3D プリンターで使用できます。完成した金属部品は多くの場合、それ以上の加工を必要とせず、テストやさらなる開発のために機械から直接使用できます。

21 世紀の多くの製品は CAD ソフトウェアで完全に設計されており、物理的なサンプルを作成する必要がなく、仮想イメージがラピッド プロトタイプ モデルになっています。大型産業機械や航空機、船舶などの大型車両にも普及してきました。多くの部品は大きすぎて個別のプロトタイプを作成できず、そうでないと最終製品の開発が遅れてしまいます。

エンジニアは実際のテスト条件をシミュレートできるソフトウェア テストを開発し、プロトタイプ テストの必要性を排除しました。最初の民間航空機は 20 世紀後半にこのように設計されました。民間ジェット機は完全にコンピューター内で構築され、中間試作機を必要とせず、設計から飛行可能な航空機に直接移行します。

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