Pe măsură ce companiile au devenit concurenți la nivel mondial, echipele de cercetare și dezvoltare au fost determinate să dezvolte produse cu mai puțini bani, mai puțin timp și mai multă inovație. Atingerea acestui obiectiv nu este ușoară, mai ales având în vedere obstacolele în calea lansării de succes a produselor. Potrivit studiului „3.000 de idei brute – 1 succes comercial” al lui Greg Stevens și James Burley, pe lângă 3.000 de idei brute, o singură inovație de succes necesită și 125 de proiecte mici, patru dezvoltări majore și 1,7 lansări de produse (Burley și Stevens 1997). ).
As companies have become global competitors, research and development teams have been driven to develop products with less money, less time, and more innovation. Achieving this goal is not easy, especially considering the hurdles in the way of successful product launches. According to the study “3,000 Raw Ideas – 1 Commercial Success” by Greg Stevens and James Burley, in addition to 3,000 raw ideas, a single successful innovation also requires 125 small projects, four major developments, and 1.7 product launches (Burley and Stevens 1997).

Pentru a atinge aceste obiective înalte, designerii de produse și inginerii au nevoie de o nouă modalitate de a conceptualiza și comunica noile modele de produse. Pe măsură ce afacerile globale continuă să adopte software-ul de proiectare asistată de computer (CAD) tridimensional, designerii au reușit să accelereze dezvoltarea. Trecerea de la un desen bidimensional la o piesă CAD tridimensională le permite inginerilor și proiectanților să verifice potrivirea proiectelor lor în asamblare, să testeze funcția pieselor lor și să simuleze scenarii de încărcare pentru a valida materialele și desenele înainte de a crea prototipurile reale.
In order to achieve these lofty goals, product designers and engineers need a new way to conceptualize and communicate new product designs. As global business continues to adopt three-dimensional computer-aided design (CAD) software, designers have been able to accelerate development. Moving from a two-dimensional drawing to a three-dimensional CAD part allows engineers and designers to check the fit of their designs in assembly, test the function of their parts, and simulate loading scenarios to validate materials and designs prior to creating the actual prototypes.

Introducerea software-ului CAD tridimensional a comprimat ciclul de proiectare, dar utilizarea doar a software-ului rămâne limitată. Comunicarea unui design tridimensional pe un ecran de computer bidimensional sau imprimat este o provocare. Mulți oameni întâmpină dificultăți în vizualizarea modului în care va arăta partea fizică, estimarea dimensiunii și potrivirea și confirmarea performanței reale a designului atunci când software-ul CAD este singurul instrument disponibil. Software-ul CAD reduce nevoia de prototipuri pentru a vizualiza un design, dar nu elimină nevoia.The introduction of three-dimensional CAD software compressed the design cycle, but the use of software alone remains limited. Communicating a threedimensional design on a two-dimensional computer screen or printout is challenging. Many people experience difficulty in visualizing how the physical part will look, estimating the scale and fit, and confirming the actual performance of the design when CAD software is the only tool available. CAD software reduces the need for prototypes to visualize a design, but it does not eliminate the need.

În trecut, designerii și inginerii își duceau desenele bidimensionale ale designului lor la un atelier de fabricație pentru a crea un prototip. Atelierul de fabricație ar avea la îndemână o varietate de unelte de prelucrare și frezare, precum și stoc de materiale. Desenele vor fi revizuite și interpretate, iar părțile fizice ar fi create conform tipăririi, de obicei pe o perioadă de zile sau săptămâni. Cât de bine a reprezentat prototipul designul real va depinde de abilitățile și capacitățile atelierului de fabricație, de materialele disponibile și de complexitatea designului prototipului.

Acest proces de creare a prototipurilor a fost costisitor, a consumat forță de muncă și, de obicei, a necesitat timpi lungi de realizare din cauza complexității creării prototipurilor și a volumului de muncă trimis la atelierul de fabricație. Costul mare și termenele lungi de livrare i-au forțat pe proiectanți și ingineri să reducă numărul de prototipuri pe care le-au solicitat și să încetinească procesul de dezvoltare pentru a evita greșelile. Acest proces nu a fost ideal pentru cerințele de mare ritm și de eficiență ridicate ale designerilor de astăzi.
In the past, designers and engineers would take their two-dimensional drawings of their design to a fabrication shop in order to create a prototype. The fabrication shop would have a variety of machining and milling tools as well as material stock on hand. The drawings would be reviewed and interpreted, and physical parts would be created according to the print, usually over a span of days or weeks. How well the prototype represented the actual design would depend on the skills and capabilities of the fabrication shop, the materials available, and the complexity of the prototype design.

This process for creating prototypes was expensive, labor-intensive, and typically required long lead times due to the complexity of creating the prototypes and the volume of work sent to the fabrication shop. The high cost and long lead times forced the designers and engineers to reduce the number of prototypes they requested and to slow down the development process in order to avoid mistakes. This process was not ideal for the high-paced and high-efficiency demands of designers today.

Potrivirea proastă a prototipului tradițional și nevoile designerilor și inginerilor au creat o piață pentru un nou proces: prototiparea rapidă (RP). În termeni generali, RP este procesul de fabricare rapidă a unui prototip sau model la scară al unui design direct din date CAD tridimensionale. Un exemplu de prototip RP din datele CAD, așa cum este prezentat în Fig. 1, are scopul de a vizualiza canalul de răcire încorporat proiectat înainte de fabricarea efectivă a inserției. Există multe abordări ale RP pe piață astăzi, inclusiv prelucrarea rapidă, turnarea rapidă și fabricarea aditivă (AM), cunoscută și sub numele de imprimare 3D. Acest text va necesita prototipare rapidă pentru a se referi la procesul de fabricație aditivă și se va concentra pe acea tehnologie.

The poor fit of traditional prototyping and the needs of designers and engineers created a market for a new process: rapid prototyping (RP). In general terms, RP is the process of quickly fabricating a prototype or scale model of a design directly from three-dimensional CAD data. An example of RP prototype from CAD data as shown in Fig. 1 is for the purpose of visualizing the designed embedded cooling channel before the actual fabrication of the insert. There are many approaches to RP on the market today, including rapid machining, rapid molding, and additive manufacturing (AM), also known as 3D printing. This text will take rapid prototyping to refer to the additive manufacturing process and will focus on that technology.

Procesul aditiv RP permite proiectanților să creeze o geometrie tridimensională direct din datele CAD, tăind acea geometrie în straturi finite și fabricând prototipul câte un strat (Fig. 2). Procesele sunt denumite fabricație aditivă, deoarece piesele sunt create prin adăugarea fiecărui strat fabricat la întreaga piesă, spre deosebire de fabricarea subtractivă în care materialul este îndepărtat într-un fel dintr-un mediu solid. Cu alte cuvinte, fabricarea subtractivă începe cu un volum solid și îndepărtează materialul din acel volum pentru a produce forma dorită; fabricarea aditivă începe cu o etapă goală și fabrică multe straturi finite, a căror sumă produce forma dorită.
The additive RP process allows designers to create a three-dimensional geometry directly from CAD data by slicing that geometry into finite layers and fabricating the prototype one layer at a time (Fig. 2). The processes is referred to as additive manufacturing because parts are created by adding each fabricated layer to the whole part, as opposed to subtractive manufacturing wherein material is removed in some fashion from a solid medium. In other words, subtractive manufacturing begins with a solid volume and removes material from that volume in order to produce the desired shape; additive manufacturing begins with an empty stage and fabricates many finite layers, the sum of which produces the desired shape.

Prin adoptarea RP, designerii și inginerii pot reduce drastic costurile și timpul necesar pentru a genera un prototip al proiectelor lor, ceea ce înseamnă că pot fi create mai multe prototipuri în același timp și costuri. Acest lucru permite companiilor să producă produse mai bune mai rapid, datorită comprimării procesului de proiectare și iterației sporite a designului, producând o mai mare inovație și un timp mai rapid de lansare pe piață.
By embracing RP, designers and engineers can dramatically reduce the cost and lead time required to generate a prototype of their designs, meaning that more prototypes can be created in the same time and cost constraints. This allows businesses to produce better products more quickly, due to compression of the design process and increased iteration of design, yielding greater innovation and faster time to market.