3 Wissenswertes über Design for Manufacturing (DFM)

DFM steht für Design for Manufacturing und ist Teil des Produktentwicklungsprozesses, der eingeleitet wird, wenn Ihr Design von der Prototypenentwicklung zur Einführung neuer Produkte übergeht. Wenn es richtig gemacht wird, kann es Ihre Herstellungs- und Produktionszeit und -kosten erheblich senken. In diesem Artikel besprechen wir drei wichtige Dinge, die Sie über DFM wissen müssen, und wie es die Herstellbarkeit Ihres Produkts beeinflusst.

Was ist DFM und warum ist es wichtig?

Design for Manufacturing (DFM) ist die Praxis, Produkte mit Teilen und Baugruppen zu entwerfen, die einfach in Massenproduktion und Montage hergestellt werden können. Es ist die nächste Ebene des Produktdesigns, die notwendig ist, um Produkte wirtschaftlich herzustellen. Die meisten erfahrenen Ingenieure bauen aufgrund jahrelanger Fertigungserfahrung einige Konstruktionsarbeiten in frühere Phasen ein, der Gesamtprozess ist jedoch so detailliert, dass sein Aufwand eine eigene Phase erfordert. Es gibt einen richtigen Zeitpunkt für DFM, und es kann ziemlich kostspielig sein, wenn es zu spät im Produktentwicklungsprozess erfolgt. Im Allgemeinen ist der richtige Zeitpunkt für das Fertigungsdesign, nachdem die Konzeptentwicklung eingefroren, mehrere Runden von Prototypen gebaut und genügend Tests durchgeführt wurden, bei denen das technische Team vom Design überzeugt ist.

Wie führen Sie eine DFM-Analyse durch?

• Überprüfen und verstehen Sie die Designabsicht.
• Wählen Sie Materialien aus, die die Designanforderungen erfüllen, und berücksichtigen Sie dabei alle kostenverursachenden Prozesse.
• Entscheidung über einen endgültigen Fertigungsprozess für jedes Teil basierend auf der Teilegeometrie und den prognostizierten Volumina.
• Entwerfen Sie Teile so, dass ausgewählte Rohteilgrößen den Materialabtrag minimieren, um die Bearbeitungszeit zu reduzieren.
• Überprüfen Sie die Toleranzen sorgfältig, um die richtige Passform, Form und Funktion sicherzustellen, und bestimmen Sie die geringstmöglichen Toleranzen. Toleranzen sollten ein gutes Produkt ermöglichen, das mit dem gewählten Herstellungsverfahren hergestellt werden kann.
• Überprüfen Sie die Komplexität (Kosten) eines einzelnen Teils im Vergleich zur Montagezeit für mehrteilige Baugruppen.
• Überprüfen Sie bei Spritzgussteilen aus Kunststoff Wandstärke, Formschräge, Rippen und Textur auf Einheitlichkeit und Konsistenz im Formprozess.
• Überprüfen Sie das Design von Baugruppen unter besonderer Berücksichtigung der Montagereihenfolge, der Anzahl der Teile und der erforderlichen Montagezeit.
• Minimieren Sie die Anzahl der benötigten unterschiedlichen Hardwaregrößen und reduzieren Sie so die erforderlichen Werkzeuge.
• Minimieren Sie die Anzahl der erforderlichen Montagevorrichtungen und Vorrichtungen.
• Toleranzteile zur einfachen Messung bei der Wareneingangskontrolle. Versuchen Sie zu verhindern, dass Teile beim Messen geschnitten werden müssen
• Wenn Produkte Elektronik enthalten, überprüfen Sie die Sicherheitsanforderungen sowohl für den Montageprozess als auch für die Endnutzung durch den Kunden.
• Überprüfen Sie die ordnungsgemäße Produktkennzeichnung, um Risiken zu minimieren und behördliche und branchenspezifische Anforderungen einzuhalten.

Was sind einige Schlüsselfaktoren, die das Design für die Fertigung beeinflussen?

Herstellungsprozess

Eine Sache, die sich am meisten auf ein Produktdesign auswirkt, ist der für die Herstellung erforderliche Prozess. Wenn Sie ein bearbeitetes Teil sorgfältig konstruieren, um die Anzahl der Einstellungen zu minimieren, können die Kosten niedrig gehalten werden. Wenn beispielsweise die gesamte Bearbeitung auf einer Seite erfolgt, entfällt die Notwendigkeit, sie zu lösen und auf einer anderen Seite neu zu positionieren, wodurch Zeit und Arbeitskosten reduziert werden. Eine weitere Sache, die die Kosten für bearbeitete Teile minimieren kann, ist die Anzahl der Werkzeugwechsel, die für ihre Herstellung erforderlich sind. Wenn beispielsweise alle Radien gleich und groß genug sind, können Sie den gleichen Schaftfräser verwenden, um Material zu entfernen und die Verrundungen in den Ecken zu erzeugen, wodurch ein Werkzeugwechsel entfällt. Auch die Verwendung von gleich großen Löchern oder Gewindebohrungen im gesamten Teil minimiert Werkzeugwechsel. Eine weitere Option während der DFM besteht darin, Sekundäroperationen zu eliminieren, die das Bewegen von Teilen zu einer anderen Maschine erfordern. Zum Beispiel, wenn ein Drehteil Details auf einer Fräsmaschine oder einer EDM-Maschine (Electrical Discharge Machining) fertig gestellt hat. Mit der Weiterentwicklung von CNC-Bearbeitungszentren und dem Hinzufügen von Maschinen mit der vierten und/oder fünften Achse ist dies weniger ein Faktor geworden, obwohl nicht alle Werkstätten über diese neueren Maschinen verfügen.

Teilemenge

Es ist keine Überraschung, dass der schnellste Weg zur Kostensenkung darin besteht, die Anzahl der produzierten verschiedenen Teile zu reduzieren. Je nach Funktion und Benutzeranforderungen ist dies möglicherweise nicht möglich, aber es gibt einige Strategien, um die Teilemenge zu verringern, ohne die Produktqualität zu beeinträchtigen. Einige Teile können möglicherweise aus mehreren kleineren Teilen zu einem großen Kunststoffteil kombiniert werden. In ähnlicher Weise können Sie mit modularen Baugruppen verschiedene Produktmodelle mit Extras versehen, ohne die Teileproduktion für alle Einheiten zu erhöhen. Sehen Sie sich die Komponenten an und prüfen Sie, ob Sie dasselbe Teil an mehreren Stellen verwenden können, z. B. wenn Sie dasselbe Teil für beide Hälften eines Außengehäuses verwenden. Indem Sie ein größeres Volumen von einem Teil anstelle von kleineren Mengen von zwei Teilen produzieren, können Sie Ihren Stückpreis drastisch senken. Es kann sich auch auf die Inspektions- und Montagekosten auswirken, da Sie keinen Papierkram und keine Qualitätskontrollen für separate Teile haben.

Erwartetes Verkaufsvolumen

Das erwartete Absatzvolumen spielt eine Rolle bei der Bestimmung der Teileproduktion. Wenn die Produktionsmengen hoch genug sind, kann es sinnvoll sein, das Teil zu formen oder zu gießen. Obwohl diese beiden Prozesse mit erheblichen Werkzeugkosten verbunden sind, können Sie den Stückpreis senken, indem Sie die Werkzeugkosten über die Produktlebensdauer amortisieren. In einigen Fällen kann ein Teil in großen Stückzahlen in den ersten Monaten zunächst bearbeitet werden, damit sich das Design stabilisieren kann. Wenn keine Änderungen am Teiledesign vorgenommen werden, kann das Produktionsverfahren als Kostensenkungsprogramm auf Formen oder Gießen umgestellt werden.

Abschlussanforderungen

Die Oberflächenanforderungen eines Teils wirken sich auch auf das Design für die Fertigung aus. Viele Ausführungen sind basierend auf Material- und Umgebungsfaktoren erhältlich. Zum Beispiel benötigen Metallteile mindestens eine sekundäre Operation, um sie abzuschließen. Die einfachste Option ist Edelstahl, der nur einen Reinigungsprozess erfordert, der als Passivierung bezeichnet wird. Bei Aluminiumteilen sind die Auswahlmöglichkeiten zahlreich, wobei Eloxieren in mehreren Farben, harteloxieren, Vernickeln, Lackieren und Pulverbeschichten am beliebtesten sind.

Erforderliche Toleranz

Toleranzen legen fest, welche Abweichungen in den Produktabmessungen zulässig sind, bevor die Funktion des Produkts beeinträchtigt wird. Die Überprüfung der Toleranzen ist ein notwendiger Aspekt des Fertigungsdesignprozesses. Die Tolerierung eines Teils wirkt sich nicht nur auf die Preisgestaltung, sondern auch auf die Produktmontage und -funktion aus. Teile sollten toleriert werden, um sicherzustellen, dass sie zusammenpassen und innerhalb des auf den Drucken angegebenen Bereichs funktionieren. Eine übermäßige Anzahl von Abmessungen oder sehr enge Toleranzen bei Teilen können dazu führen, dass Inspektionen länger dauern und mehr kosten. Engere Toleranzen kosten auch mehr in der Herstellung und führen zu einem höheren Teileausfall. Die Teile sollten toleriert sein, damit sie bei der Inspektion leicht überprüft werden können. Es kann auch zu Kostenproblemen kommen, wenn die Toleranzen eine spezielle Ausrüstung zur Herstellung oder Prüfung erfordern. Die gute Nachricht ist, dass mit dem Aufkommen von CNC-Bearbeitungszentren engere Toleranzen fast eine Selbstverständlichkeit sind. Üblicherweise waren früher +/- 0,005 Zoll der Standard, aber jetzt sind +/- 0,003 Zoll aufgrund der Präzision von Bearbeitungszentren nicht mehr kostspielig.

Materialauswahl

Die Materialauswahl bestimmt nicht nur die Rohmaterialkosten, sondern auch die Bearbeitungsvorschübe (Zeit). Da viele Produkte heute elektromechanisch sind, ist das Design von Leiterplatten und die Auswahl der Komponenten entscheidend. Sorgfältige Prüfung der Verfügbarkeit von Komponenten; Obsoleszenz ist eine kostspielige Angelegenheit. Die Anforderungen an die Wärmeübertragung von Komponenten können sich auf die Leistung und Funktion vieler elektronischer Platinen auswirken. Thermische Analyse und Sicherheit sind auch Aspekte der DFM-Überprüfung von Elektronik. Eine Überprüfung der Produktleistungsprüfung ist notwendig, um die Sicherheit der Monteure zu gewährleisten. Während sich dies auf die Hardware bezieht, wird die Erstellung von Software im Allgemeinen genau überprüft und aktualisiert. Tests und Zertifizierungen von Produkten können sich erheblich auf die Kosten auswirken, es handelt sich jedoch in der Regel um einmalige Zertifizierungen (CE oder UL).

Montageprozess

Bei den Arbeitskosten müssen Sie die erforderliche Montagezeit berücksichtigen. Wenn durch das Vereinfachen von Teilen ein Teil in mehrere Teile umgewandelt wird, die eine Montage erfordern, muss man die Kosteneinsparungen gegen die zusätzliche Montagezeit und die erforderliche Hardware abwägen. Je einfacher ein Produkt zu montieren ist, desto kostengünstiger ist es. Darüber hinaus kann der Wechsel zu einem einzigen komplizierten Teil Geld sparen, wenn dadurch die Notwendigkeit von Ausrichtungsvorrichtungen oder -vorrichtungen entfällt. All diese Faktoren müssen während der DFM bewertet werden.

Es ist schwierig, alle Aufgaben und Nuancen des DFM-Prozesses in einem Artikel zusammenzufassen. Zu verstehen, dass der Prozess erst beginnen kann, wenn Sie Prototypen erstellt und ausreichende Tests durchgeführt haben, ist eine wichtige Erkenntnis. Ein anderer wäre, dass der Prozess rigoros und mehrstufig ist und eine sorgfältige integrierte Konstruktionsarbeit erfordert, die von Ingenieuren durchgeführt wird, die mit dem erwarteten Herstellungsprozess gut vertraut sind. Beim Design für die Fertigung gibt es keinen Ersatz für Erfahrung. Wenn Sie sich nicht sicher sind, wie Sie anfangen sollen, oder Expertenratschläge zum Entwerfen Ihrer Tools wünschen, kontaktieren Sie uns und wir helfen Ihnen gerne weiter.