Het manueel ontwikkelen van een prototype is een tijdrovende klus en houdt een foutenrisico in. Waar het vroeger de normaalste zaak van de wereld was, valt men tegenwoordig terug op wat we Rapid Prototyping noemen. Het is een manier om snel en computergestuurd een of meerdere prototypes te ontwikkelen.
Wat is Rapid Prototyping?
Rapid Prototyping is een verzameling van technieken met het doel om snel fysieke schaalmodellen of prototypes te ontwikkelen met behulp van driedimensionale CAD-data. Bij Rapid Prototyping vertrekt men steeds vanuit het CAD-proces om vervolgens snel een prototype te ontwikkelen. Alles verloopt daarbij computergestuurd.
Achterliggend proces
Allereerst wordt er steeds een virtueel model gemaakt met behulp van tekensoftware (2D of 3D). Dit is wat we het CAD-proces noemen. Vervolgens wordt het CAD-ontwerp vertaald naar informatie die noodzakelijk is voor het prototypingapparaat. Je kan deze stap vergelijken met het afprinten van een Word-document: eerst moet je computer het Word-document vertalen naar informatie die je printer snapt en waardoor je printer weet waar en wanneer hij inkt moet injecteren. Bij Rapid Prototyping gebruikt men uiteraard geen laserprinter, maar het principe is verder identiek.
Ten slotte wordt het prototype gemaakt. Hiervoor heeft men de keuze uit verschillende prototypingapparaten. De eerste vier voorbeelden hieronder zijn voorbeelden van additieve processen waarbij laagjes worden opgebouwd. Het laatste voorbeeld is een subtractief proces waarbij men in een groter object een kleinere variant uitsnijdt.
- STL (Stereolithografie): Het polymeriseren van vloeibare harsen door middel van een laser;
- FDM (fused deposition modeling): Met behulp van een spuitmond fijne laagjes kunststof aanbrengen. Dit is de manier waarop 3D-printers voor de consumentenmarkt werken;
- LOM (laminated object modeling): Er worden allemaal fijne doorsneden gemaakt op basis van papier, waarna alles aan elkaar wordt gelijmd. Het resultaat hiervan doet nog het beste denken aan hout;
- SLS (selective laser sintering): Het smelten van metaalpoeder door middel van een laser om zo het model laag per laag op te bouwen;
- CNC frezen (computer numerical control frezen): Een verspanende bewerking waarbij een roterende frees materiaal verwijdert uit een groter object. Wordt vaak gebruikt bij metalen of houten stukken, maar is ook mogelijk voor kunststof prototypen.
Geschiedenis van Rapid Prototyping
Vroeger diende elk prototype handmatig te worden gemaakt. Dit was een tijdrovende klus waarbij men zich vaak ook beperkte tot het eerste prototype. In de jaren ’70 werd er daarom gezocht naar een geautomatiseerde oplossing voor de ontwikkeling van printplaten (UCDS of Unix Circuit Design System). In de jaren ’80, samen met de invoering van steeds krachtigere computers, werd de achterliggende technologie aangepast voor de ontwikkeling van prototypen.
Het idee zelf ontstond zowel in de topografie als in de fotosculptuur. In de topografie was het Joseph E. Blanther die in 1892 het idee opperde om op basis van een additief proces topografische 3D-kaarten te ontwikkelen. In de fotosculptuur werd het onder andere toegepast door F. Willème, die door middel van 24 fotocamera’s mensen gedetailleerd in beeld bracht en op basis hiervan sculpturen bouwde.
Het gaat in beide gevallen om manuele ontwikkelingsmethoden die vertrekken vanuit de gelaagde visie. Het daaraan koppelen van computersturing is niet aan een enkele uitvinder toe te wijzen, maar is veeleer het gevolg van internationale ontwikkelingen in de machinebouw en het toenemend belang van computers in diverse sectoren.
