Projektowanie pod technologie przyrostowe (DfAM)

Projektowanie pod technologie przyrostowe (DfAM)

Każdy inżynier powie Ci że na jakość produktu znaczący wpływ ma jego projekt . Część lub produkt musi być zgodny z pewnymi wytycznymi – i być jak najbardziej przystosowany do wybranego procesu produkcyjnego.

Co jest wyjątkowego w technologiach przyrostowych?

Technologie przyrostowe oferują ogromną swobodę projektowania w porównaniu do innych metod produkcji, w tym formowania wtryskowego i obróbki skrawaniem. Na przykład, unikalne cechy części produkowanych w sposób addytywny obejmują:

  • Struktury wewnętrzne, wybór rodzaju wypełnienia
  • Optymalizację topologii, np. złożonych kształtów geometrycznych
  • Konstrukcję wielomateriałowa
  • Konsolidację częściowa
  • Dostosowanie do potrzeb klienta

Branże od przemysłu lotniczego, przez opiekę zdrowotną, po elektronikę tworzą komponenty o powyższych cechach, które są bardziej wydajne, lepiej działające, tańsze i umożliwiają postęp w produkcji komponentów.

Na przykład, Airbus zmniejszył wagę niektórych swoich samolotów, zastępując istniejące części lżejszymi wersjami drukowanymi 3D. General Motors wykorzystuje technologie przyrostowe do tworzenia wsporników siedzeń, które są nie tylko lżejsze i mocniejsze niż poprzednie wsporniki, ale mogą być drukowane jako jedna część zamiast ośmiu komponentów. Tymczasem w stomatologii produkcja addytywna jest szeroko stosowana do tworzenia niestandardowych implantów dentystycznych i modeli dostosowanych do potrzeb pacjenta szybciej i taniej niż w przypadku metod tradycyjnych.

Jak projektować pod technologie przyrostowe?

John Hart, który prowadzi Centrum Produkcji Cyfrowej MIT, powiedział, że projektowanie dla AM obejmuje trzy obszary:

  • Wiedzę na temat procesów i materiałów AM
  • Zrozumienie narzędzi DfAM (głównie oprogramowania)
  • Zrozumienie problemów projektowych i możliwości dopasowanych do AM

Istnieje szeroka gama procesów i technologii drukowania 3D – od spiekania proszku, przez stereolitografię, aż po sklejanie proszku – każdy z nich oferuje inną specyfikę części i możliwości projektowania. Ponadto, na rynku jest coraz więcej urządzeń, z których wiele posiada unikalne możliwości.

Aby projektować dla AM, inżynierowie muszą posiadać wiedzę na temat dostępnych materiałów (tworzywa sztuczne, metale, ceramika, itp.) oraz ich właściwości w trakcie i po etapie drukowania 3D.

Narzędzia wykorzystywane w DfAM obejmują szereg programów, w tym Materialize Magic, Fusion 360 i Netfabb. Programy te umożliwiają inżynierom tworzenie iteracji części, symulację naprężeń na częściach, a nawet oszacowanie kosztów i czasu drukowania części na podstawie materiałów i dostępnej drukarki.

Oprogramowanie do optymalizacji topologii i projektowania generatywnego (często wbudowane w wyżej wymienione programy CAD i DfAM) pozwala na optymalizację elementu w celu zredukowania wymaganej ilości materiału przy jednoczesnej maksymalizacji jego wytrzymałości i wydajności. Oprogramowanie firm nTopology i Siemens oraz moduły do programów CAD w tym Solidworks i Creo pomagają inżynierom w wykonywaniu skomplikowanych obliczeń związanych z optymalizacją topologii.

Czy technologie przyrostowe są odpowiednie dla twojego produktu

Obietnica lżejszych, mocniejszych, lepiej działających części, które zużywają mniej surowców do produkcji jest zachętą do wdrożenia technologii przyrostowych, ale nie jest idealna do wszystkiego. Obecnie najlepsze zastosowania znajdują w następujących dziedzinach :

  • Narzędzia i oprzyrządowanie do produkcji
  • Implanty dentystyczne
  • Elementy rakietowe i lotnicze
  • Niestandardowe urządzenia medyczne i modele medyczne
  • Przemysł energetyczny części dostosowane do potrzeb klienta
  • Prototypy

Kolejną główną zaletą technologii przyrostowych jest łatwość dostosowywania części. Ponieważ AM jest cyfrowym procesem wytwarzania bez użycia narzędzi, form i wielu innych urządzeń, dostosowanie jest szybkie i łatwe.

Z drugiej strony, druk 3D nie jest powszechnie stosowany do masowej produkcji części, ponieważ proces drukowania jest często wolniejszy niż tradycyjne metody produkcji. Przemysłowe i biznesowe drukarki 3D mogą być poważną inwestycją, a materiały mogą być drogie.

Inną kwestią, którą należy rozważyć w podejściu do projektowania dla technologii przyrostowych, jest to, czy będzie to bardziej opłacalne od standardowych metod.

Ostatecznie, DfAM jest kolejnym narzędziem pomagającym projektantom i inżynierom podejmować decyzje projektowe w celu optymalizacji części i produktów. Aby opanować to nowe narzędzie, należy zapoznać się z technologiami i materiałami stosowanymi w tej metodzie.

Gdzie nauczyć się DfAM

Projektowanie w zakresie technologii przyrostowych staje się częścią podstawowego programu kształcenia inżynierów na uniwersytetach na całym świecie, ale rośnie również zakres dostępnych szkoleń zawodowych.

Programy certyfikacyjne i seminaria na temat DfAM powinny zagłębić się w szczegóły w tych dziedzinach:

  • Przegląd technologii AM
  • Podstawy druku 3D (wielkość pola roboczego, skurcz i zniekształcenia, wykończenie powierzchni, struktury podpór, itp.)
  • Materiały dla AM (tworzywa sztuczne, metale, kompozyty, ceramika, itp.)
  • Wytyczne do projektowania (, rozdzielczość detali, dokładność wymiarowa, itp.)
  • Możliwości optymalizacji (integracja cech, złożone struktury, dostosowanie, itp.)
  • Obliczenia i porównania kosztów
  • post-processing (obróbka cieplna, usuwanie podpór, itp.)

Źródło: https://all3dp.com