Was Sie von additiver Fertigung erwarten können: Ein umfassender Leitfaden

Während 3D-Druck aus einer CAD-Datei für einen nicht-funktionalen Prototyp ein relativ unkomplizierter Fertigungsprozess ist, kann der Start eines gänzlich neuen Produktentwicklungsprojekts – vom Konzept bis zur Produktion – herausfordernder sein, besonders wenn Sie eine ungewohnte additive Fertigungstechnologie nutzen.

Den 3D-Druckprozess verstehen

Der 3D-Druckprozess unterscheidet sich von traditionellen Fertigungsprozessen dadurch, dass er die progressive Materialzugabe zu einem Teil involviert. Im Gegensatz dazu ist CNC-Bearbeitung ein subtraktiver Prozess, da Teile durch Materialabtrag von einem Werkstück mit einem Schneidwerkzeug geformt werden, und Spritzguss involviert die Einspritzung einer Menge geschmolzenen Thermoplasts in eine vorgeformte Formkammer.

3D-Technologie präsentiert zahlreiche neue prozedurale Herausforderungen. Das Baenvolumen von 3D-Druckern kann beispielsweise erfordern, dass Teile in mehrere Builds für die Post-Prozess-Montage aufgeteilt werden, während die bei der Materialextrusion entstehende Hitze manche Teile verziehen lassen kann. Ähnlich beinhalten manche 3D-Drucktechnologien Produktionsüberlegungen: Fused Deposition Modeling (FDM) hinterlässt beispielsweise Schichtlinien auf Teilen, was das Erscheinungsbild beeinflussen kann, und der HP Multi Jet Fusion (MJF) Prozess involviert einen Kühl- und Reinigungsprozess nach dem Druck.

Mit diesen Faktoren im Hinterkopf können Sie Ihr additives Fertigungsprojekt (AM) reibungsloser und effizienter gestalten, indem Sie wissen, was Sie erwartet, wenn Sie die Produktion starten. Zu diesem Zweck haben wir einen Schritt-für-Schritt-Leitfaden zum additiven Fertigungsprozess zusammengestellt, einschließlich eines Vergleichs additiver Produktdesign-Ansätze und eines Workflow-Diagramms, das die jeweils involvierten Entscheidungen hervorhebt.

Drei Ansätze für den additiven Fertigungsprozess

Obwohl die spezifischen prozeduralen Details für Teile und Produkte variieren, fallen additive Fertigungsprojekte in drei generelle Kategorien:

• Ansatz A: Quick-Turnaround-Produktion und Prototyping

Beispiel: Sie haben eine freigegebene CAD-Datei für einen Prototyp oder Teil – und benötigen das Teil in 30 Stunden.

• Ansatz B: Modifizieren eines bestehenden Designs zur Optimierung für AM

Beispiel: Sie fertigen dieses Teil aktuell im Spritzguss, glauben aber, Ihre Lieferkette vereinfachen und Lagerkosten eliminieren zu können, indem Sie additive Fertigung für On-Demand-Produktion nutzen.

• Ansatz C: Ein neues Teil oder Produkt von Grund auf für Produktion mit additiver Technologie designen

Beispiel: Sie haben ein Konzept für ein neues Teil, das Sie mit AM produzieren wollen, aus einem von zwei Gründen: Es ist nicht möglich, das Teil mit traditionellen Fertigungsmethoden herzustellen. Die Ökonomie von AM ist für niedrige bis mittlere Volumenproduktion günstig.

Welcher additive Fertigungsansatz ist richtig für mich?

Ein neues Teil von Grund auf für additive Fertigung zu designen, bietet die größte Chance, sowohl Performance als auch Kostenvorteile zu maximieren. Zwar kann es länger dauern, aber mit einem „weißen Blatt“ zu starten, ist ein Weg, das Teil vollständig mit Design for Additive Manufacturing (DFAM) Prinzipien zu optimieren.

Die Mehrheit der Projekte, die wir bei Fast Radius bearbeiten, fällt in die zweite Kategorie: die Modifikation eines bestehenden Designs zur Optimierung für AM. In diesem Szenario hat ein Unternehmen ein Teil, das es bereits mit traditionellen Fertigungsmethoden produziert, und strebt den Übergang zur additiven Produktion an.

In sowohl dem zweiten als auch dritten Ansatz wird die initiale Datei für die Vollproduktion gemäß Ihren Anforderungen verifiziert – was einen umfassenden Production Part Approval Process (PPAP) erfordern könnte. Danach werden nachfolgende Aufträge zu einem einfachen, schnellen Produktionsprozess. Ein signifikanter Vorteil der Nutzung eines AM-Anbieters wie Fast Radius ist, dass wir den Produktionszyklus beschleunigen und Ihre Teile manchmal schon am nächsten Tag liefern können.

Der additive Fertigungsprozess: Schritte und Entscheidungen

Die drei oben skizzierten Ansätze spannen unterschiedliche Produktentwicklungsprozesse. Wir haben die Schlüsselschritte und Entscheidungspunkte in diesen Prozessen im Workflow-Diagramm unten skizziert. Denken Sie daran: Welche Kategorie Ihr vorgeschlagenes Projekt auch immer fällt – Sie benötigen End-to-End-Support von Ihrem AM-Anbieter, um sicherzustellen, dass Ihre Teile mit dem von Ihnen geforderten Level an Qualität, Zuverlässigkeit und Performance gefertigt und geliefert werden.

Der Prozess zur Modifikation eines bestehenden Teils für additive Fertigung

Schritt 1: Teile mit starkem Business Case für AM-Produktion identifizieren

Wenn Sie ein bestehendes Teil für produktionsreife additive Fertigung qualifizieren wollen, sollte Ihr erster Schritt sein, sicherzustellen, dass ein starker Business Case dafür besteht.

Es ist ratsam, ein Unternehmen wie Fast Radius zu finden, das mit Ihnen zusammenarbeitet, um Teile zu identifizieren, die aus geschäftlicher Perspektive für den additiven Fertigungsprozess geeignet sind. Hohe-Umschlag-Ersatzteile sind gute Kandidaten: Während das Originalteil im Spritzguss gefertigt wurde, ist es möglich, Ersatzteile mit denselben Performance-Standards durch additive Technologien herzustellen. Und da additive Fertigung Bestellungen in Einzelstückmengen ermöglicht, können Sie auch Lagerkosten eliminieren und „Never-out-of-stock“-Inventarprogramme einführen.

Schritt 2: Ihr Teil designen

Wenn Ersatzteile für AM-Produktion modifiziert werden, muss die Geometrie des fertigen Teils so gestaltet sein, dass es nahtlos in eine bestehende Baugruppe passt.

In diesen Fällen liegt die eigentliche Designarbeit nicht in signifikanten Formänderungen, sondern in geringfügigen Designmodifikationen zur Optimierung für additive Produktion – und der Sicherstellung, dass das fertige Teil kritische Maßanforderungen erfüllt. Während der Designiterationen, wenn das Teil für auch nur eine kritische Dimension aus der Toleranz ist (z. B. die lineare Dimension eines Clips oder Spalts), müssen Sie das Teil redesignen oder neu orientieren, um ein stabiles Maß zu erhalten. Im Wesentlichen bedeutet dies, mit dem bestehenden Design zu beginnen und das erforderliche Reverse Engineering durchzuführen, um es für additive Produktion zu qualifizieren.

Schritt 3: Material- und Prozessauswahl

Vor der Produktion müssen Sie Materialien identifizieren, die für Ihre Anwendung akzeptabel sind – und dann die AM-Technologien vergleichen, die Teile mit diesen Materialien produzieren können.

Starten Sie mit den Performance-Anforderungen, die Ihr Teil braucht (Modul, Zugfestigkeit, Druckfestigkeit etc.) und berücksichtigen Sie dann die Umgebung, in der Ihr Teil eingesetzt wird (Witterungsexposition, im Kompressor etc.). Nutzen Sie diese Faktoren, um eine Liste geeigneter Materialien zu generieren, und vergleichen Sie dann die Vor- und Herausforderungen Ihrer verfügbaren AM-Technologien.

Wenn mehrere Prozesse und Materialien für eine Anwendung akzeptabel sind, kann Ihr Produktionspartner Probeteile mit jeder dieser Technologien drucken, und Sie bestimmen, welches Sie für die Vollproduktion bevorzugen.

Schritt 4: Iteratives Produktionsdesign und Testing

Nachdem Sie eine Liste akzeptabler Materialien und Prozesse gewählt haben, kann der Produktions-Engineering-Prozess beginnen.

Es ist wichtig, dass Sie beide die Variablen des 3D-Druckprozesses verstehen und festlegen, wenn Sie das Level an Dimensionsgenauigkeit, Performance und Erscheinungsbild erreicht haben, das Sie für die Vollproduktion benötigen. Es kann mehrere Iterationen dauern, Ihr gewünschtes Ergebnis zu erreichen – jedoch, sobald Sie ein Teil haben, das Ihre Anforderungen erfüllt, verifiziert durch notwendige Inspektion oder Testing, werden alle Produktionsinformationen in ein digitales Paket kompiliert, das alles enthält, was zum Fertigen Ihrer Teile nötig ist; bei Fast Radius nennen wir dies das Build-Paket. Das Build-Paket enthält alle notwendigen Informationen zu Druckparametern, Nachbearbeitung und Verpackungsüberlegungen, die Sie brauchen, um sicherzustellen, dass Ihr Teil exakt wie erwartet produziert und geliefert wird. Diese Informationen beziehen sich auf Faktoren einschließlich:

• Stützstrukturen-Design
• Stützenentfernungs-Werkzeuge
• Oberflächenveredelungs-Parameter
• Aushärtezeit
• Lehren- und Vorrichtungs-Anweisungen

All diese Details repräsentieren einen Weg, Versagen aus dem additiven Fertigungsprozess zu designen. Das Build-Paket dialt im Wesentlichen die Parameter ein, die notwendig sind, um jedem von einem Unternehmen wie Fast Radius zu ermöglichen, das Teil zuverlässig weltweit zu drucken.

Schritt 5: On-Demand-Produktion und globale Auslieferung

Nachdem Ihr Teil freigegeben wurde, ist es bereit für On-Demand-Produktion und globale Lieferung.

On-Demand-Fertigung ist ein Schlüsselvorteil der AM-Produktion. Im Wesentlichen erlaubt sie Ihnen, Ihre Teile digital zu lagern, bis Nachfrage Produktion necessitiert – was die Notwendigkeit eliminiert, physisch ein großes Inventar an Ersatzteilen zu lagern, die über Zeit verkauft und verteilt werden. Bei Fast Radius haben wir diesen Effizienzvorteil maximiert und speichern sowohl Ihre Teildateien als auch ihre zugehörigen virtuellen Tooling-Pakete in unserem Virtuellen Lager.

Das Designen und Produzieren von Endverwendungsteilen für additive Fertigung ist iterativ. Wenn der Teil zu irgendeinem Zeitpunkt die Kundenerwartungen nicht erfüllt – in Performance, Dimensionsgenauigkeit oder Erscheinungsbild – kann der Produktentwicklungsprozess gestoppt werden, damit Ingenieure den Fehlerpunkt identifizieren und einen Weg finden, ihn wegzudesignen.

Starten Sie den Prozess heute

Wo auch immer Sie im additiven Fertigungsdesignprozess stehen – Fast Radius kann den End-to-End-Support und die additive Design-Expertise bieten, die Sie brauchen, um Ihre Idee ins Ziel zu bringen. Kontaktieren Sie unser Team noch heute, um zu starten.

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