6 Gründe, warum Sie Design für die additive Fertigung in Betracht ziehen sollten

Mit der Weiterentwicklung der additiven Fertigung wird die Optimierung des Designs für die Technologie immer wichtiger, um das volle Potenzial der Technologie auszuschöpfen.

Komplexe Geometrien, leichte Komponenten und eine optimierte Materialverteilung sind nur einige der Vorteile, die Additive Fertigung bietet. Diese Designfreiheit und Komplexität gehen jedoch auf Kosten eines Umdenkens bei der Konstruktion von Objekten für die additive Fertigung.

Die Herausforderung für viele Ingenieure besteht darin, einen völlig neuen Ansatz für die Konstruktion für die additive Fertigung zu verfolgen. Die Anwendung traditioneller (subtraktiver) Methoden auf die additive Fertigung ist grundsätzlich nicht praktikabel, da die Anforderungen und Überlegungen beider stark unterschiedlich sind. Daher ist es für die erfolgreiche Implementierung der Technologie von entscheidender Bedeutung, die Überlegungen und Grenzen von AM, wie Stützstrukturen, Nachbearbeitung und eine Reihe neuer Materialien, zu verstehen.

Was können Sie also mit Design erreichen? für die additive Fertigung ein Kernelement Ihrer AM-Strategie?

1. Teile mit größerer Komplexität erstellen

Die additive Fertigung kann die Grenzen traditioneller Fertigungsmethoden überwinden, um hochkomplexe Teile mit verbesserter Funktionalität herzustellen.

Ein Beispiel ist die traditionelle Herstellung von Spritzgussformen:Hier sind die Kühlkanäle typischerweise gerade, was zu einer langsameren und weniger gleichmäßige Kühlung eines Formteils. Im Gegensatz dazu können beim 3D-Druck die Kühlkanäle neu gestaltet werden, um komplexere oder gekrümmte Formen zu erzeugen, die eine homogenere Wärmeübertragung ermöglichen. Dies führt zu verbesserten Kühleigenschaften, die dazu beitragen, qualitativ hochwertigere Teile herzustellen und gleichzeitig die Lebensdauer einer Form zu verlängern.

2. Minimale Materialverschwendung

Mit den neuen Konstruktionsmöglichkeiten des 3D-Drucks können Ingenieure zum Teil durch optimierte Materialverteilung Leichtbauteile herstellen, was zu erheblichen Materialeinsparungen führt.

Dies kann unter anderem dank fortschrittliche Software wie Topologieoptimierung und Tools wie generatives Design und Gitterstrukturen. Basierend auf mathematischen Berechnungen kann die Topologieoptimierung dabei helfen, die beste Form für ein Teil zu analysieren und unnötiges Material zu entfernen, ohne die strukturelle Integrität des Teils zu beeinträchtigen. Mit traditionellen (subtraktiven) Methoden würde dieses Material einfach weggeschnitten

Gekoppelt mit 3D-Druck werden generative Konstruktions- und Topologieoptimierungssoftware bereits von Industriegiganten wie Siemens und General Motors eingesetzt. Während Siemens bei der Entwicklung seiner 3D-gedruckten Gasturbinenschaufeln generative Konstruktionssoftware verwendet hat, zielt General Motors darauf ab, das Gewicht eines Fahrzeugs zu reduzieren, indem verschiedene Optionen für die Materialverteilung innerhalb einer Komponente untersucht werden.

3. Vereinfachte Montage

Die Teilekonsolidierung ist ein weiterer bahnbrechender Designvorteil der additiven Fertigung. Bei der traditionellen Fertigung müssen mehrere Komponenten hergestellt und anschließend zusammengebaut werden, um das endgültige Teil zu erstellen.

Mit dem 3D-Druck können jedoch mehrere kleinere Komponenten während der Konstruktionsphase zu einem einzigen kundenspezifischen Teil integriert werden Sie können das gesamte Teil auf einmal drucken. Dies vereinfacht den Montageprozess erheblich und kann teilweise sogar auf eine Montage verzichten. Darüber hinaus macht ein konsolidiertes Teil die Beschaffung und Lagerung zusätzlicher Unterkomponenten oder Ersatzteile überflüssig, was letztendlich die Lager- und Wartungskosten senkt.

4. Materialinnovation

Fortschritte in der Materialforschung haben zu einer spannenden Entwicklung neuer Materialien geführt. Folglich wurden einzigartige 3D-Druckmaterialien entwickelt, die schwer zu bearbeiten oder zu formen wären, wie TPU-Filamente und Metallsuperlegierungspulver). Oder nehmen Sie zum Beispiel den 3D-Druck mit Hochleistungsthermoplasten, die speziell für technische Anwendungen entwickelt wurden. In einigen Fällen können diese Hochleistungsmaterialien sogar Metallteile ersetzen und bieten eine leichte, kostensparende Alternative.

Daher können Ingenieure bei der Konstruktion eines Teils für den 3D-Druck neue Optionen erkunden, die bessere Möglichkeiten bieten Materialeigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit oder Formbarkeit. Darüber hinaus bietet der 3D-Druck die Möglichkeit, Teile mit Multi-Material-Eigenschaften (z. B. Steifigkeit und Flexibilität) oder integrierten isolierenden und leitfähigen Eigenschaften zu konstruieren.

5. Kostengünstige Anpassung

Der 3D-Druck ermöglicht schnelle und mehrfache Design-Iterationen ohne zusätzliche Kosten und hebt die Anpassungsmöglichkeiten auf neue Höhen. Und da die additive Fertigung Teile direkt aus digitalen Dateien erstellt, wird der Herstellungsprozess erheblich beschleunigt. Dies bedeutet, dass Unternehmen kundenspezifische Produkte viel schneller und kostengünstiger herstellen können.

Kundenspezifische Designs ermöglichen eine Massenanpassung in allen Branchen, von Konsumgütern über Medizin bis hin zu Automobil. In der Medizinbranche beispielsweise zeigt sich die Mass Customization bereits in den 3D-gedruckten Geräten, zugeschnitten auf die Bedürfnisse des Patienten. Solche Geräte reichen von individualisierten Zahnspangen und Prothesen bis hin zu Bohrschablonen und Hörgeräten, die perfekt auf die Anatomie des Patienten abgestimmt sind.

6. Minimale Stützstrukturen

Die Teileorientierung ist einer der Hauptvorteile bei der Konstruktion für die additive Fertigung. Die Wahl der richtigen Teileausrichtung während der Konstruktionsphase kann die Druck- und Nachbearbeitungszeit verkürzen und gleichzeitig den Bedarf an Stützelementen minimieren. Obwohl Stützstrukturen für viele komplexe 3D-Druckteile praktisch eine Notwendigkeit sind, ist es ideal, Teile mit möglichst wenigen Stützen zu konstruieren, da dies die Nachbearbeitung erleichtert und Ihnen Zeit und Material spart.

Obwohl es keine universelle Lösung gibt, wenn es um die Minimierung der Anzahl der verwendeten Stützen geht, kann ein Teil durch sorgfältiges Design oft so ausgerichtet und optimiert werden, dass es sich selbst trägt und dabei ein Minimum an Stütze benötigt Strukturen und spart Nachbearbeitungszeit.

Vorausschauend, da sich Automatisierungstrends in der AM-Industrie durchsetzen, könnten Teileorientierung sowie Unterstützungen mit einer neuen Generation von AM-Software automatisch generiert werden.

Die Zukunft

Derzeit sind viele Designer und Ingenieure im Hinblick auf AM durch die Konventionen der traditionellen Fertigung eingeschränkt . Die Entwicklung neuer Ansätze für AM wird jedoch entscheidend sein, während die Technologie zu einer robusten industriellen Lösung heranreift.

Aus diesem Grund wird es für Universitäten, Forschungseinrichtungen und Unternehmen selbst von entscheidender Bedeutung sein, neue Bildungsprogramme zu entwickeln, um Unterstützung von Schulungen für DfAM. In diesem Bereich wird bereits viel getan; Beispielsweise hat die Loughborough University ihren Masterstudiengang für additive Fertigung eingeführt, während es eine Reihe von Programmen und Kursen für diejenigen gibt, die ihr Wissen vertiefen möchten.

Da immer mehr Universitäten Abschlüsse in der additiven Fertigung anbieten, Die nächste Generation von AM-Experten wird in der Lage sein, neue Trends in der AM-Branche zu schmieden, insbesondere im Bereich Digitalisierung und Automatisierung.

Für die Zukunft erwarten wir, dass ein Großteil des Designs für additive Fertigungsprozesse automatisiert werden, von der Designoptimierung, Validierung und Prozesssimulation bis hin zu automatisch generierten Stützen und Gitterstrukturen.

Letztendlich wird die Beherrschung der Designüberlegungen für AM sein wahres Potenzial entfalten und es der Technologie ermöglichen, die Regeln für . neu zu schreiben Produktentwicklung.

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