Anwenden intelligenter Konstruktionsprinzipien zur Verstärkung der Vorteile der additiven Fertigung

Es ist zwar möglich, die additive Fertigung zu verwenden, um ein vorhandenes Teil zu replizieren, das mit traditionellen Methoden hergestellt wurde, aber es ist nicht die beste Anwendung der additiven Fertigung. Um die Leistung, die Kosteneinsparungen und den Materialverbrauch eines Teils zu maximieren, ist es am besten, es von Grund auf unter Berücksichtigung der einzigartigen Möglichkeiten und Einschränkungen von Additiven zu entwerfen. Oder anders gesagt, Sie sollten Ihr Produkt nach den Prinzipien des Designs für die additive Fertigung (DFAM) erstellen.

DFAM basiert auf der gleichen Idee wie Design for Manufacturing (DFM) – die Integration von Prozessplanung und Produktentwicklung. Aber anstatt ein Produkt für Urethanguss oder Spritzguss zu optimieren, optimiert DFAM ein Produkt für die Herstellung in Produktionsqualität mit additiven Technologien, indem konkurrierende Faktoren analysiert werden, um das effizienteste Design zu entwickeln.

Die additive Fertigung ist nicht so einfach wie das Drucken, insbesondere wenn DFAM-Prinzipien verwendet werden, um ein Teil für Industriequalität zu entwerfen und gleichzeitig die Produktionskosten zu minimieren. Aber die resultierenden Teile erreichen die Leistung traditionell hergestellter Teile, während sie die Vorlaufzeiten verkürzen, Werkzeugkosten eliminieren und die Designflexibilität maximieren. Durch die frühzeitige Nutzung der DFAM-Richtlinien im Produktentwicklungsprozess können Produktdesignteams ihre Designs optimieren, um den Wert der additiven Fertigung zu nutzen.

Hier sind einige allgemeine Prinzipien von DFAM, die Sie berücksichtigen sollten, wenn Sie von der additiven Fertigung für das Prototyping zur additiven Fertigung für die Produktion wechseln:

Minimieren Sie Überhänge und verringern Sie die Abhängigkeit von Stützen

Jedes aufeinanderfolgende Stück Ihres Teils, während es gedruckt wird (z. B. in FDM, DMLS usw.), ist zur Unterstützung auf die darunter liegenden Schichten angewiesen. Große Überhänge, Öffnungen und andere Merkmale erfordern möglicherweise zusätzliche Unterstützung während des Baus, um ein Verziehen zu verhindern und sicherzustellen, dass das Produkt seine Leistungstoleranzen erreicht. Teile, die unter Berücksichtigung der DFAM-Prinzipien entwickelt wurden, sind selbsttragend, wodurch der Bedarf an unterstützenden Merkmalen minimiert wird, die zusätzliche Kosten verursachen können Materialabfall und zusätzliche Nachbearbeitungsanforderungen. Und wenn Stützen erforderlich sind, wäre eine kostensparende Überlegung, das Teil so auszurichten, dass Stützen in Bereichen platziert werden, die nicht dem Benutzer zugewandt sind, wo Markierungen akzeptabel sind. Dies reduziert die in der Nachbearbeitung erforderliche Schleif- und Endbearbeitungszeit.

Teileorientierung

Während additiv gefertigte Teile in vielen Ausrichtungen gebaut werden können, kann der Winkel, in dem ein Merkmal gebaut wird, seine Toleranzen beeinflussen. Und da Merkmale nur so weit von der Spezifikation abweichen können, bis sie die Toleranzgrenzen berühren, ist es wichtig, frühzeitig im Designprozess eine Reihe möglicher Ausrichtungen zu berücksichtigen. Auf diese Weise können Sie feststellen, welche Ausrichtung für die Herstellung Ihres Teils am besten geeignet ist.

Konsolidieren Sie mehrteilige Baugruppen

Es ist schwierig, komplexe Formen mit herkömmlicher Fertigung herzustellen, was die Herstellung einiger Produkte als mehrteilige Baugruppen erforderlich machen kann. Wenn Sie Ihr Produkt von der traditionellen auf die additive Fertigung umstellen, kann es oft in weniger Teile konsolidiert werden, um die Montagekosten erheblich zu senken. Als Steelcase beispielsweise eine Armkappe für die additive Fertigung entwarf, verwandelten wir eine dreiteilige Baugruppe in ein durchgehendes Teil mit mehreren Funktionszonen

Generatives Design nutzen, um Ihr Teil zu optimieren

Die einzigartigen Geometrien, die durch additive Prozesse möglich sind, ermöglichen es Produktdesignern, generative Designwerkzeuge (z. B. Topologieoptimierung oder Gitterstrukturen) zu nutzen, um die Struktur Ihres Teils basierend auf Hunderten von Variablen zu optimieren. Und da Gitter es Ihnen ermöglichen, die Festigkeit und Materialdichte in verschiedenen Regionen eines Teils genau abzustimmen, kann ein zusammenhängendes Teil unterschiedliche Leistungsanforderungen in verschiedenen Regionen erfüllen.

Die wichtigste Überlegung beim Design der additiven Fertigung

Keine dieser Richtlinien adressiert eines der größten Hindernisse für den Übergang zur additiven Fertigung in Produktionsqualität:eine Lücke bei den Fähigkeiten im Produktdesign für die additive Fertigung. Aufgrund dieser Lücke besteht die wichtigste Designrichtlinie darin, sich zu Beginn eines DFAM-Projekts mit Produktdesignexperten für die additive Fertigung abzustimmen. Sie werden Designmodifikationen empfehlen, die die Kosten und Leistung Ihres Produkts optimieren. Und sie werden verstehen, wie sie die Effizienz auf der Ebene der Lieferkette durch On-Demand-Produktion und virtuelle Lagerhaltung steigern können. Je früher Sie fachkundigen AM-Design- und Engineering-Support einbeziehen, desto größer sind die Vorteile, die Sie mit Ihrem Wechsel zu Additiven erzielen können.

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