Kỹ thuật tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping - RP) là kỹ thuật in hình ảnh nổi chi tiết mẫu. Là khái niệm mới mẻ trong lĩnh vực chế
tiếp từ dữ liệu mô hình CAD 3D với thời gian rất ngắn. Kỹ thuật này góp phần giảm đáng kể thời gian, chi phí trong quá trình thiết kế cơ khí. So với phương pháp gia công truyền thống kỹ thuật này có ưu điểm như sau: Không cần chuẩn bị dụng cụ cắt gọt. Không tốn đồ gá, sửa đổi nhanh, thiết kế lại chi tiết thuận lợi, có thể thiết kế những chi tiết phức tạp mà khi gia công trên những máy công cụ số khó khăn hoặc không gia công được.
Ra đời vào năm 1998, kỹ thuật tạo mẫu nhanh đang tồn tại hơn 30 công nghệ khác nhau như : SLA, FDM, SLS, …. Với nguyên tắc chung là bồi đắp vật liệu hoặc tách vật liệu theo lớp. Với mỗi phương pháp, mỗi loại vật liệu khác nhau thì độ chính xác cũng khác nhau.
* Các thời kỳ tạo mẫu nhanh.
Quá trình tạo mẫu được phân ra làm ba thời kỳ. Hai thời kỳ sau chỉ mới ra đời trong khoảng 20 năm trở lại đây. Tương tự như quá trình tạo mẫu trên máy vi tính, tính chất vật lý của mẫu chỉ được nghiên cứu phát triển trong thời kỳ thứ ba.
Thời kỳ đầu : tạo mẫu bằng tay
Thời kỳ đầu tiên ra đời cách đây vài thế kỷ. Trong thời kỳ này, các mẫu điển hình không có độ phức tạp cao và chế tạo một mẫu trung bình mất khoảng 4 tuần. Phương pháp tạo mẫu phụ thuộc vào tay nghề và thực hiện công việc một cách cực kỳ nặng nhọc. Cho đến ngày nay phương pháp tạo mẫu thủ công này vẫn còn sử dụng khá phổ biến, trong các trường ĐH về mỹ thuật có ngành Tạo Dáng, thì chính là nó đó. Hiện nay phương pháp tạo mẫu này mang hơi hướm nghệ thuật, hàng chế tác riêng nhiều hơn là tạo mẫu trong sản xuất hàng loạt.
Hình 2.1: Tạo mẫu thủ công
Thời kỳ thứ hai: phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo
Thời kỳ thứ hai của tạo mẫu phát triển rất sớm, khoảng giữa thập niên 70. Thời kỳ này đã có phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo. Việc ứng dụng CAD/CAE/CAM đã trở nên rất phổ biến. Phần mềm tạo mẫu sẽ phát họa trên máy vi tính những suy tưởng, ý tưởng mới. Các mẫu này như là một mô hình vật lý: được kiểm tra, phân tích cũng như đo ứng suất và sẽ được hiệu chỉnh cho phù hợp nếu chúng chưa đạt yêu cầu. Thí dụ như phân tích ứng suất và sức căng bề mặt chất lỏng có thể dự đoán chính xác được bởi vì có thể xác định chính xác các thuộc tính và tính chất của vật liệu.
Hơn nữa, các mẫu trong thời kỳ này trở nên phức tạp hơn nhiều so với thời kỳ đầu (khoảng trên hai lần). Vì thế, thời gian yêu cầu cho việc tạo mẫu có khuynh hướng tăng lên, tính chất vật lý của mẫu vẫn còn phụ thuộc vào các phương pháp tạo mẫu cơ bản trước. Tuy nhiên, việc vận dụng các máy gia công chính xác đã cải thiện tốt hơn các tính chất vật lý của mẫu.
Thời kỳ thứ ba: quá trình tạo mẫu nhanh
Tính chất vật lý từng phần của sản phẩm trong quá trình tạo mẫu nhanh cũng được biết đến. Quá trình tạo mẫu rỗng thích hợp cho việc sản xuất trên bàn nâng hay công nghệ sản xuất lớp. Công nghệ này thể hiện quá trình phát triển tạo mẫu trong thời kỳ thứ ba. Việc phát minh ra các thiết bị tạo mẫu nhanh là một phát minh quan trọng. Những phát minh này đã đáp ứng được yêu cầu của giới kinh doanh trong thời kỳ này: giảm thời gian sản xuất, độ phức tạp của mẫu tăng, giảm chi phí. Ở thời điểm này người tiêu dùng yêu cầu các sản phẩm cả về chất lượng lẫn mẫu mã, nên mức độ phức tạp của chi tiết cũng tăng lên, gấp ba lần mức độ phức tạp mà các chi tiết đã được làm vào những năm của thập niên 70. Nhưng nhờ vào công nghệ tạo mẫu nhanh nên thời gian trung bình để tạo thành một chi tiết chỉ còn lại vài giờ so với hàng tuần ở thời kỳ thứ hai. Năm 1988, hơn 20 công nghệ tạo mẫu
Ta thấy rằng nhu cầu tạo nên mẫu sản phẩm ban đầu là một nhu cầu thiết yếu trong quá trình sản xuất, trước khi sản xuất hàng loạt một sản phẩm nào cũng phải cần tạo mẫu sản phẩm trước để kiểm tra tính hiện thực và khả thi. Nếu mẫu sản phẩm càng chính xác bao nhiêu, càng nhanh bao nhiêu thì sẽ càng tránh được những lỗi mắc phải trong quá trình sản xuất sau này và càng tiết kiệm được chi phí sản xuất bấy nhiêu.
Nên “công nghệ tạo mẫu nhanh” mang toàn bộ ý nghĩa của nó, “công nghệ”: đảm bảo độ chính xác, “tạo mẫu nhanh” đảm bảo thời gian nhanh chóng .
Hình 2.3: Công nghệ in 3d
* Ưu điểm của công nghệ tạo mẫu nhanh.
Tạo mẫu nhanh có những ưu điểm sau đây: + Hình dung ra sản phẩm tốt hơn bản vẽ.
+ Tăng khả năng quan sát của chi tiết, người thiết kế sau khi thiết kế vài giờ sẽ tạo ra sản phẩm thật 3 chiều, có thể quan sát sản phẩm rất nhanh chóng mà không cần qua quá trình gia công phức tạp.
+ Giúp nhà thiết kế đưa ra sản phẩm ra thị trường nhanh chóng kịp thời với nhu cầu xã hội.
+ Kiểm tra được độ chính xác của khuôn mẫu trước khi đưa vào sản xuất hàng loạt. + Giảm được thời gian và chi phí trong việc thiết kế và tìm ra sản phẩm mới
+ Chế tạo những sản phẩm phức tạp nhờ vào phương pháp đắp dần vật liệu
+ Phương pháp tạo mẫu nhanh đã tạo một kênh thong tin hiệu quả giữa các nhà thiết kế với nhau, giữa nhà thiết kế với nhà sản xuất và người tiêu dùng, nhằm thỏa mãn tốt nhất nhu cầu và khả năng của thị trường.
* Nhược điểm của công nghệ tạo mẫu nhanh.
+ Độ bền của mẫu phụ thuộc vào vật liệu và công nghệ sử dụng.
+ Độ chính xác của sản phẩm không cao vì nguyên tắc gia công đắp vật liệu theo từng lớp.
+ Giá thành của sản phẩm còn cao do chi phí đầu tư và bảo trì thiết bị lớn.