Design for Additive Manufacturing (DfAM) 3D-Druckstrategien

Design für die additive Fertigung vs. Design für die traditionelle Fertigung

Traditionell müssen Sie bei der Konstruktion eines Teils für das CNC-Fräsen die Marke und das Modell Ihrer Mühle, die Fähigkeiten und das Arbeitsvolumen berücksichtigen. Diese Überlegungen sind alle maschinengetrieben, während Funktionen mit hoher Toleranz, Werkzeugwechsel und Setups alle teilegetrieben sind.

Abgesehen von maschinen- und teilegesteuerten Überlegungen gibt es Details wie Spindeldrehzahl, Materialien und Werkzeugtyp, die den Fertigungsprozess beim CNC-Fräsen weiter beeinflussen. Wenn Sie ein komplexes Teil haben, ist es einfacher, es auf einer komplexeren Maschine herzustellen, aber diese Maschinen sind teurer.

Die Konstruktion für das CNC-Fräsen erfordert eine vorherige Berücksichtigung jedes Vorgangs, der zur Herstellung eines Teils erforderlich ist, sowie des zugehörigen Werkzeugs, das zur Ausführung dieses Vorgangs erforderlich ist.

Das Design für den 3D-Druck weist einige Ähnlichkeiten mit der traditionellen Fertigung auf. Einige Aspekte des 3D-Druckdesigns sind prozessabhängig und einige sind druckerabhängig. Da der 3D-Druck ein additiver gegenüber einem subtraktiven Prozess ist, werden Querschnitte von Teilen Schicht für Schicht übereinander extrudiert, um Ihr Modell aufzubauen. Die Anzahl der Arbeitsgänge und erforderlichen Werkzeuge wird auf nur ein oder zwei vereinfacht, wodurch betriebliche Überlegungen wie Werkzeugwechsel, Werkzeugabstand, Einrichten und kundenspezifische Werkstückspannung, die normalerweise vor dem Beginn eines CNC-Auftrags erforderlich sind, entfallen.

Zum Beispiel könnte ein mit CNC-Fräsen hergestelltes Teil, das aus fünf verschiedenen Arbeitsgängen besteht, mit drei verschiedenen Schneidwerkzeugen, zwei Einstellungen und einem Satz benutzerdefinierter weicher Backen in einem einzigen Arbeitsgang mit einem Werkzeug hergestellt werden, und zwar ohne zusätzliche Einrichtung. Die gleiche Vereinfachung gilt auch für Teile, die 20 Operationen, acht Werkzeuge und vier Einspannungen erfordern. Dies eröffnet eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten, bringt aber auch Einschränkungen mit sich, die in Ihrem Design berücksichtigt werden sollten.

Einer von Additive Fertigung Der größte Vorteil ist, dass ein komplexes Teil genauso einfach einzurichten ist wie ein einfaches.

Nehmen wir als Beispiel zwei verschiedene Teiledesigns – Design Nr. 1 ist ein einfaches Teil mit einem vertikalen Loch und Design Nr. 2 weist ein abgewinkeltes Loch auf, das nicht so einfach herzustellen ist.

Design Nr. 1 würde eine einfache Bearbeitungseinrichtung erfordern, wenn Sie fräsen. Design Nr. 2 würde entweder eine komplexere Maschine oder eine kompliziertere Einrichtung der Vorrichtungen erfordern. Zwei völlig unterschiedliche Bearbeitungsansätze für einen kleinen Designunterschied.

Beim 3D-Druck brauchen Sie nicht zwei verschiedene Ansätze. Sie können beide Teile an die 3D-Drucksoftware senden und drucken. Der Drucker übernimmt die gesamte Einrichtung für Sie, sodass ein geometrisch komplexes Teil genauso zeit- und arbeitsaufwendig eingerichtet werden muss wie ein einfaches.

Isolieren geometrisch komplexer Features in DfAM

Einer der Nachteile eines abscheidungsbasierten Kunststoffdruckverfahrens besteht darin, dass die Teile anisotrop sind, sodass die Materialstärke entlang der Ebenen parallel zum Druckbett und entlang der dazu senkrechten Achse unterschiedlich ist. Betrachten Sie es wie einen Stapel Post-its. Es ist schwer, über die Oberflächen zu brechen, aber an den Nähten zwischen den dezenten Materialscheiben lässt es sich leicht auseinanderziehen.

Beim Design für die additive Fertigung ist es daher wichtig, nicht nur an die Bedruckbarkeit eines Teils zu denken, sondern auch an seine Leistung und wie es Ihre funktionalen Anforderungen erfüllt.

Wir können dies am Beispiel einer einfachen Tetraederform zusammenfassen. Die erste Iteration davon ist eine grundlegende Art von Blockform. Es funktioniert, aber es ist im Grunde wie ein Block-CAD-Modell. Es ist einfach, zu diesem Stadium zu gelangen, es gut zu nennen und auf Drucken zu klicken. Dies wäre ein neunstündiger Druck und kostet 12,63 USD.

Wenn wir erwarten, dass mehrere Kopien oder Überarbeitungen dieses Modells durchgeführt werden, möchten wir möglicherweise einige Verbesserungen vornehmen, um Zeit und Kosten zu sparen. Wir können die Druckzeit reduzieren, indem wir viel Material in der Mitte ausschneiden, aber die strukturelle Integrität des Teils mit Rippen anstelle eines massiven Blocks beibehalten.

Diese Version des Teils würde sechs Stunden dauern und 6,12 USD kosten, um zu drucken, aber aus struktureller Sicht ist dieses Teil anisotrop. Wenn wir eine Last auf das Teil anwenden, kann es entlang der Schichtlinien scheren. Daher müssen wir die Anforderungen dieses Teils überdenken.

Uns ist die Stärke wichtig, da dies möglicherweise eine große Belastung aushalten muss, und wir kümmern uns auch um die Winkel, die erforderlich sind, um es zu einem regulären Tetraeder zu machen. Diese Winkel sind komplexe Geometrien, die präzise sein müssen, und das Teil kann an diesen Balken nicht brechen. Wenn wir diese Version des Teils schnell wiederholen und Aspekte des Designs ändern möchten, müssen wir dies in Zyklen von sechs Stunden oder mehr tun. Hier können wir den 3D-Druck wirklich zu unserem Vorteil nutzen.

Mit 3D-Druck können Sie die kritischen komplexen Komponenten isolieren, die in diesem Fall die Ecken sind. Wir haben die anisotropen Elemente des Teils mit Dübeln umgangen und gleichzeitig die Gesamtgeometrie erhalten. Wenn etwas an dem Teil geändert werden muss, ist jede Eckeinheit ein halbstündiger Druckauftrag und kostet 0,50 USD. Sie können also bei Bedarf viel schneller an jeder Verbindung iterieren, wenn Sie die Größe ändern möchten Sie müssen lediglich die Passstifte austauschen, ohne die Ecken neu zu drucken.

Hier ist der 3D-Druck perfekt für dieses Design, da wir die geometrisch komplexen Merkmale isoliert haben. Dies ist der Schlüssel zum Design für die additive Fertigung. Identifizieren Sie, welche Aspekte des Designs für den Schicht-für-Schicht-Prozess geeignet sind. Dies wirkt sich auf Kosten und Druckzeit aus, verbessert den Workflow und die Teilefunktionalität und erleichtert die Iteration und Änderung.