6 redenen waarom u ontwerp voor additieve productie moet overwegen

Naarmate additieve fabricage evolueert, wordt het optimaliseren van ontwerpen voor de technologie steeds belangrijker om het volledige potentieel van de technologie te ontsluiten.

Complexe geometrieën, lichtgewicht componenten en geoptimaliseerde materiaalverdeling zijn slechts enkele van de voordelen die Additive Manufacturing aanbiedingen. Dergelijke ontwerpvrijheid en complexiteit gaan echter ten koste van het heroverwegen van de manier waarop objecten worden ontworpen voor additive manufacturing.

De uitdaging waarmee veel ingenieurs worden geconfronteerd, is het aannemen van een geheel nieuwe benadering van ontwerpen voor additive manufacturing. Het toepassen van traditionele (subtractieve) methoden op de additive manufacturing is inherent onpraktisch, aangezien de vereisten en overwegingen van beide enorm verschillend zijn. Daarom is inzicht in de overwegingen en beperkingen van AM, zoals ondersteuningsstructuren, nabewerking en een reeks nieuwe materialen, essentieel voor het succesvol implementeren van de technologie.

Dus wat kun je bereiken door een ontwerp te maken voor additieve fabricage een kernelement van uw AM-strategie?

1. Onderdelen maken met een grotere complexiteit

Additieve fabricage kan de beperkingen van traditionele fabricagemethoden overwinnen om zeer complexe onderdelen met verbeterde functionaliteit te maken.

Een voorbeeld is de traditionele fabricage van spuitgietmatrijzen:hier zijn de koelkanalen doorgaans recht, wat leidt tot een langzamere en minder consistente koeling van een vormdeel. Bij 3D-printen kunnen de koelkanalen daarentegen opnieuw worden ontworpen om complexere of gebogen vormen te creëren, wat zorgt voor een meer homogene warmteoverdracht. Dit resulteert in verbeterde koeleigenschappen, waardoor onderdelen van hogere kwaliteit kunnen worden geproduceerd terwijl de levensduur van een matrijs wordt verlengd.

2. Minimale materiaalverspilling

Met de nieuwe ontwerpmogelijkheden die 3D-printen biedt, kunnen ingenieurs lichtgewicht onderdelen produceren, deels door de materiaalverdeling te optimaliseren, wat leidt tot aanzienlijke materiaalbesparingen.

Dit kan mede worden bereikt dankzij geavanceerde software zoals topologie-optimalisatie en tools zoals generatief ontwerp en roosterstructuren. Op basis van wiskundige berekeningen kan topologie-optimalisatie helpen om de beste vorm voor een onderdeel te analyseren en onnodig materiaal te verwijderen zonder de structurele integriteit van het onderdeel in gevaar te brengen. Met traditionele (subtractieve) methoden zou dit materiaal eenvoudig worden weggesneden

In combinatie met 3D-printen worden generatieve ontwerp- en topologie-optimalisatiesoftware al gebruikt door industriële giganten als Siemens en General Motors. Terwijl Siemens generatieve ontwerpsoftware gebruikte om zijn 3D-geprinte gasturbinebladen te ontwikkelen, streeft General Motors ernaar het gewicht van een voertuig te verminderen door verschillende opties voor materiaaldistributie binnen een component te onderzoeken.

3. Vereenvoudigde montage

Gedeeltelijke consolidatie is een ander baanbrekend ontwerpvoordeel van additive manufacturing. Bij traditionele productie moeten meerdere componenten worden geproduceerd en vervolgens worden geassembleerd om het uiteindelijke onderdeel te maken.

Met 3D-printen kunnen echter verschillende kleinere componenten worden geïntegreerd in een enkel aangepast onderdeel tijdens de ontwerpfase, waardoor u om het hele deel in één keer af te drukken. Dit vereenvoudigt het montageproces aanzienlijk en kan soms zelfs de noodzaak voor montage wegnemen. Bovendien elimineert een geconsolideerd onderdeel de noodzaak om extra subcomponenten of reserveonderdelen aan te schaffen en op te slaan, wat uiteindelijk de voorraad- en onderhoudskosten verlaagt.

4. Materiaalinnovatie

Vooruitgang in materiaalonderzoek heeft geleid tot de opwindende ontwikkeling van nieuwe materialen. Daarom zijn er unieke 3D-printmaterialen ontwikkeld die moeilijk te bewerken of te vormen zijn, zoals TPU-filamenten en metaalpoeders van superlegeringen). Of neem bijvoorbeeld 3D-printen met hoogwaardige thermoplasten, speciaal ontwikkeld voor technische toepassingen. In sommige gevallen kunnen deze hoogwaardige materialen zelfs metalen onderdelen vervangen, waardoor ze een lichtgewicht, kostenbesparend alternatief vormen.

Daarom kunnen ingenieurs bij het ontwerpen van een onderdeel voor 3D-printen nieuwe opties verkennen die betere materiaaleigenschappen, zoals thermische geleidbaarheid of kneedbaarheid. Daarnaast biedt 3D-printen de mogelijkheid om onderdelen te ontwerpen met multi-materiaaleigenschappen (bijv. stijfheid en flexibiliteit) of geïntegreerde isolerende en geleidende eigenschappen.

5. Kosteneffectieve aanpassing

3D-printen maakt snelle en meerdere ontwerpiteraties mogelijk zonder extra kosten, waardoor de aanpassingsmogelijkheden naar nieuwe hoogten worden gebracht. En omdat additive manufacturing onderdelen rechtstreeks uit digitale bestanden maakt, wordt het fabricageproces aanzienlijk versneld. Dit betekent dat bedrijven op maat gemaakte producten veel sneller en kosteneffectief kunnen produceren.

Op maat gemaakte ontwerpen zullen massaal maatwerk mogelijk maken in alle sectoren, van consumentengoederen tot medische en automotive. In de medische industrie bijvoorbeeld openbaart massamaatwerk zich al in de 3D-geprinte apparaten, afgestemd op de behoeften van de patiënt. Dergelijke apparaten variëren van geïndividualiseerde beugels en protheses tot chirurgische handleidingen en hoortoestellen, ontworpen om perfect te passen bij de anatomie van de patiënt.

6. Minimale ondersteuningsstructuren

Onderdeeloriëntatie is een van de belangrijkste voordelen bij het ontwerpen voor additive manufacturing. Het kiezen van de juiste onderdeeloriëntatie tijdens de ontwerpfase kan de print- en nabewerkingstijd verkorten en tegelijkertijd de behoefte aan ondersteuningen minimaliseren. Ondanks het feit dat ondersteuningsstructuren vrijwel een noodzaak zijn voor veel complexe 3D-geprinte onderdelen, is het ideaal om onderdelen te ontwerpen met zo min mogelijk ondersteuningen, omdat dit de nabewerking gemakkelijker maakt en u tijd en materiaal bespaart.

Hoewel er geen one-size-fits-all oplossing is als het gaat om het minimaliseren van het aantal gebruikte steunen, kan met een zorgvuldig ontwerp een onderdeel vaak worden georiënteerd en geoptimaliseerd om zichzelf te dragen met een minimale hoeveelheid steun structuren, waardoor nabewerkingstijd wordt bespaard.

Vooruitkijkend, aangezien automatiseringstrends zich in de AM-industrie voordoen, kunnen onderdeeloriëntatie en ondersteuning automatisch worden gegenereerd met een nieuwe generatie AM-software.

De Toekomst

Tegenwoordig worden veel ontwerpers en ingenieurs, wanneer ze worden geconfronteerd met AM, beperkt door de conventies van traditionele productie . Het ontwikkelen van nieuwe benaderingen voor AM zal echter cruciaal zijn naarmate de technologie uitgroeit tot een robuuste industriële oplossing.

Daarom is het van vitaal belang voor universiteiten, onderzoeksinstellingen en bedrijven zelf om nieuwe educatieve programma's te ontwikkelen om ondersteuningstraining voor DfAM. Op dit gebied wordt al veel gedaan; Loughborough University heeft bijvoorbeeld haar masterprogramma voor additive manufacturing gelanceerd, terwijl er een scala aan programma's en cursussen is voor diegenen die hun kennis willen verdiepen.

Naarmate meer universiteiten diploma's in additive manufacturing aanbieden, de volgende generatie AM-professionals zal in staat zijn om nieuwe trends in de AM-industrie te smeden, met name op het gebied van digitalisering en automatisering.

Vooruitkijkend verwachten we dat een groot deel van het ontwerp voor het additive manufacturing-proces zal worden geautomatiseerd, van ontwerpoptimalisatie, validatie en processimulatie tot automatisch gegenereerde ondersteuningen en roosterstructuren.

Uiteindelijk zal het beheersen van de ontwerpoverwegingen voor AM echt zijn ware potentieel ontketenen, waardoor de technologie de regels kan herschrijven voor productontwikkeling.

Meer zoals dit:

De 4 belangrijkste ontwerpoverwegingen voor 3D-printen
6 belangrijke ontwerpoverwegingen voor 3D-printen van metaal
Ontwerpen voor FDM? Hier zijn de top 10 dingen die u moet overwegenACEO