Schlüsselüberlegungen zur Herstellung kritischer Teile

Kritische Teile oder Komponenten sind solche, die bei Ausfall oder Beschädigung die Leistung ihrer Anwendungen katastrophal beeinträchtigen oder die Sicherheit des Endbenutzers gefährden könnten. Aus diesem Grund unterliegen kritische Teile oft strengen regulatorischen Standards, und einige Branchen haben marktspezifische Anforderungen, die darauf abzielen, die optimale Funktion von Geräten und Anwendungen zu gewährleisten und gleichzeitig die Sicherheit von Benutzern oder Verbrauchern zu maximieren.

Ein Beispiel für kritische Teile ist Bodenunterstützungsausrüstung in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Dies sind Teile, die zur Unterstützung der Bewegung und Wartung von Flugzeugen am Boden verwendet werden. Die Bodenunterstützungsausrüstung interagiert direkt mit flugkritischen Komponenten, was die Notwendigkeit einer Bodenunterstützungsausrüstung unterstreicht, die die strengen mechanischen und Sicherheitsvorschriften der Branche erfüllt. Wenn sie richtig konstruiert und hergestellt sind, können Techniker diese Teile sicher und vertrauensvoll im Feld verwenden und sich ihrer inhärenten Zuverlässigkeit sicher sein.

Von Herstellern kritischer Teile wird erwartet, dass sie konsequent unglaublich präzise Teile herstellen, die branchenspezifischen Vorschriften entsprechen, was oft mit hohen Produktionskosten und langen Vorlaufzeiten verbunden ist.

Die Entwicklungen in der additiven Fertigungstechnologie haben jedoch begonnen, die Herangehensweise von Ingenieuren an die Konstruktion und Herstellung kritischer Teile zu verändern. Es gibt eine Reihe von Faktoren, die in die Entwicklung praktischer, hochwertiger kritischer Teile einfließen, und dieser Artikel wird drei davon ansprechen:Konstruktionsdesign, Herstellungsprozess und Materialien.

Überlegungen zum Produktdesign

Um das Design kritischer Teile und Komponenten zu optimieren, müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Dazu gehören die Branche, die Anwendung und die Umgebung, in der das Teil verwendet wird; das Potenzial für vorhersehbaren Missbrauch; und die Schulung und Erwartung des Endbenutzers.

Erstens ermöglicht die Kenntnis der Branche und des Anwendungsfalls den Produktdesignern, sich auf spezifische Anforderungen vorzubereiten. Die medizinische Industrie beispielsweise befolgt strenge Anforderungen für die Verwendung kritischer Teile und die für die Herstellung dieser Teile zulässigen brauchbaren Materialien. Andere physikalische und chemische Erwägungen umfassen den Grad der Feuchtigkeitsbeständigkeit und ob Teile mit bestimmten Chemikalien sterilisiert werden können.

Indem sie sich mit der Branche und der erwarteten Leistung des Produkts in der vorgesehenen Umgebung vertraut machen, gewinnen Ingenieure ein besseres Gefühl dafür, wie sie das Teiledesign optimieren können.

Dies erstreckt sich auf die Belastungen und Drücke, denen die Teile voraussichtlich standhalten werden, sowie darauf, wie häufig diese Belastungen ausgeübt werden. Wenn die Möglichkeit besteht, dass das Teil ermüdet, müssen Ingenieure auch den Lebenszyklus des Teils berücksichtigen, um ihre Lösungen darauf abzustimmen.

Endverbraucher sind ein weiterer Schlüsselfaktor. Verbraucherprodukte verlangen beispielsweise tendenziell intuitivere Designs als solche, die für geschultes Personal bestimmt sind. Die Kenntnis der Endverwendung ermöglicht es Ingenieuren, Risikobewertungen durchzuführen, um festzustellen, ob das Teil auf eine Weise verwendet werden könnte, für die es nicht vorgesehen ist, sowie die Risiken, die mit vorhersehbarem Missbrauch verbunden sind.

Überlegungen zum Herstellungsprozess

Ein weit verbreiteter Mythos über die additive Fertigung ist, dass sie nur für das Prototyping und nicht für die Herstellung brauchbarer Produktionsteile geeignet ist. In vielen Fällen stellen additive Methoden jedoch eine bessere Option dar, wenn es um die Herstellung kritischer Teile geht, da sie es Ingenieuren ermöglichen, Teile einfacher und effizienter als herkömmliche Methoden herzustellen.

Nehmen wir zum Beispiel den medizinischen Bereich der Mikrofluidik, in dem es um die Entnahme von Gewebe- und Blutproben, die Abgabe von Arzneimitteln oder die Dosierung kleiner Flüssigkeitsmengen geht. Der Sektor ist auf Komponenten angewiesen, die diese Art von Flüssigkeitsübertragungen ermöglichen – die im Allgemeinen nicht mit herkömmlichen Herstellungsverfahren hergestellt werden können.

Diese Produkte werden häufig mit additiver Fertigung hergestellt, da die Alternative ein aufwändiger und kostspieliger Werkzeugprozess ist, der Spritzguss und Mikrospritzguss verwendet. Beides kann Wochen oder Monate dauern, um zu erreichen, was die additive Fertigung an einem Tag leisten kann.

Die additive Fertigung beschleunigt in solchen Fällen die Testzyklen und verkürzt die Markteinführungszeit drastisch. Während die Kosten für Spritzgusswerkzeuge leicht hunderttausend Dollar betragen können, versprechen additive Fertigungsmethoden einen niedrigeren Preis von weniger als 100 Dollar pro Einheit.

Viele kritische Komponentenanwendungen erfordern das Arbeiten mit kleinen Volumina und präzisen Merkmalen. Beim Versuch, diese Teile mit Kunststoff auf traditionelle Weise herzustellen, müssen Ingenieure sie mit äußerster Präzision bearbeiten oder Formen erstellen, in die Kunststoff eingespritzt wird, was beides die Produktionskosten erhöht und die Zeitvorgaben verlängert.

Additive Methoden hingegen ermöglichen es Herstellern, kritische Teile ohne Formen herzustellen, sodass sie nicht berücksichtigen müssen, wie sich die Werkzeugausstattung auf die minimale Strukturgröße auswirkt, oder Formflussanalysen durchführen müssen.

Materialüberlegungen

Die Identifizierung der idealen Eigenschaften kritischer Teile ist der Schlüssel zur Bestimmung, welche Materialien für eine bestimmte Anwendung am besten geeignet sind. Teile, die hohen Temperaturen standhalten müssen, müssen wahrscheinlich aus anderen Materialien hergestellt werden als solche, die ein gewisses Maß an Flexibilität oder Schlagfestigkeit erfordern. Indem sie die spezifischen Spannungen, Belastungen oder Erscheinungen, die von dem Teil erwartet werden, skizzieren, können Ingenieure schnell das Material oder die Materialfamilie identifizieren, die zu einem optimalen Teil für eine Anwendung führen.

Auch hier spielt die additive Fertigung eine Rolle. Während die meisten 3D-Druckverfahren traditionell starre Kunststoffe erforderten, ermöglicht Carbon Digital Light Synthesis™ Ingenieuren die Verwendung weicherer Materialien wie elastomeres Polyurethan oder Silikon, die für Anwendungen verwendet werden können, die physikalisch nachgiebige Teile erfordern, die Dämpfung, Stoßdämpfung oder Abdichtung bieten Eigenschaften.

Entwicklung kritischer Teile durch additive Fertigung

Letztendlich müssen kritische Teile und Komponenten zwei Hauptanforderungen erfüllen:Sie sollten in der Lage sein, gemäß den Anforderungen ihrer beabsichtigten Anwendungen zu funktionieren, und wenn sie sich im Laufe der Zeit verschlechtern oder ausfallen, sollten sie dies tun, ohne dem Benutzer Schaden zuzufügen.

Fast Radius arbeitet auf dem neuesten Stand der Technik, um kritische Komponenten herzustellen, die sich direkt auf die Verbrauchersicherheit auswirken. Unsere Kunden wissen und vertrauen darauf, dass wir, wenn sie mit uns zusammenarbeiten, Lösungen anbieten, die ihre Unternehmen mit der Geschwindigkeit am Laufen halten, die die Wirtschaft erfordert – und gleichzeitig Teile von unübertroffener Qualität garantieren, die wichtige Vorschriften erfüllen.

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