Optimaliseren van vastzetten en tooling voor additieve manufacturing

Ondanks de snelle groei van additieve manufacturing, hebben veel bedrijven deze nog niet volledig geadopteerd voor vastzethulpontwerp. Traditionele vastzetten worden nog steeds gevormd door de beperkingen van 3-as CNC-machines en handmatige bewerking, de meest voorkomende tools in de meeste productieshops.

Om competitief te blijven, bouwen fabrikanten vaak grote en dure vastzetten. Het doel is machinetijd te minimaliseren en de focus te leggen op klantproducten. Daardoor wordt vastzetproductie gezien als een niet-waarde-toevoegende activiteit, ook al is het cruciaal voor de eindoutput.

De uitdagingen die we het meest horen betreffen machinetijd – vaak gemeten in weken – en een tekort aan bekwame operators. Zelfs wanneer een machine beschikbaar is, vereist het opzetten van code of handmatig frezen van een vastzet een hoogopgeleide freeswerker, wat de arbeidskosten in de hoogte drijft.

Hoewel we gespecialiseerd zijn in complexe delen met organische geometrieën, blijft de standaard 'blokken op een plaat' vastzet heersen. Deze status quo leidt tot lange levertijden, grote opslagvoetafdrukken en een hoge kosten-per-deel verhouding bij rekening houdend met arbeid en machinetijd.

De additieve 'snelle oplossing'

Als reactie hebben veel fabrikanten additieve manufacturing ingezet als snelle oplossing voor interne tijd- en hulpbronbeperkingen. Door vastzetten direct te printen, elimineren ze wachttijden, verkorten levertijden en maken continue, onbegeleide productie rond de klok mogelijk.

Deze aanpak verlaagt ook vastzetkosten en bevrijdt de shop van handmatige arbeid, terwijl het ergonomische voordelen biedt ten opzichte van massieve metalen alternatieven. Onze enquêtes onder FDM-gebruikers onthullen talloze dergelijke ontwerpen.

Een klant produceert 12 aluminium vastzetten per jaar. Met traditionele methoden kost elk vastzet meer dan $3.000 en duurt het 4-6 weken om te produceren. Uitbesteden is in dergelijke drukke shops gangbaar.

In tegenstelling tot dit kost een massief ABS 3D-geprint vastzet $190 en is het in ongeveer 19 uur klaar – net onder een dag.

Het toepassen van design-for-additive principes kan de kosten verder reduceren tot $76 en de printtijd tot 11 uur – een kostenreductie van 60% en tijdsbesparing van 42% versus het traditionele ontwerp.

Veelvoorkomende fouten bij ontwerpen voor additieve manufacturing

Voordat we best practices uiteenzetten, is het belangrijk om 'design for additive' te verduidelijken. Het is een breed concept dat afgestemd moet worden op de specifieke printer en materiaal. Elke 3D-printtechnologie – FDM, SLA, PolyJet, Binder Jet, DMLS, etc. – heeft unieke beperkingen en best practices.

Sommige ontwerpers geloven ten onrechte dat additieve manufacturing alle problemen oplost. Hoewel veelzijdig, is het geen gouden kogel. Goedkope standaardonderdelen – bouten, schroeven – kunnen nog steeds economischer zijn om te kopen dan te printen.

Veelvoorkomende fouten

Twee frequente valkuilen zijn shelling en hollowing van FDM-onderdelen. In plaats van infill te minimaliseren, creëren ontwerpers grote interne holtes om materiaal te besparen.

Hollowing reduceert materiaal iets, maar kan de printtijd dramatisch verhogen en supportmateriaal vastlaten dat niet verwijderd kan worden.

6 Design-for-additive regels voor FDM

Hieronder staan zes eenvoudige regels die printtijd, materiaalgebruik en kosten voor FDM-onderdelen aanzienlijk kunnen verminderen.

1. Zelf-ondersteunende hoeken

De 45-graden regel stelt dat overhangs minder dan 45° van de verticale geen support vereisen. Deze simpele aanpassing vermindert supportmateriaal en versnelt printen. Let op: de drempel kan per materiaal variëren, typisch tussen 40° en 60°.

2. Materiaal verwijderen uit volumineuze kenmerken

Shelling kan gewicht reduceren, maar moet strategisch gebeuren. Focus op contactoppervlakken – ontwerp contactpunten eerst, optimaliseer daarna de omringende geometrie om sterkte te behouden terwijl onnodige bulk wordt verwijderd.

3. Selectieve sterkte per vlak

Tools zoals GrabCAD Print laten je infill-dichtheden en wanddiktes toewijzen aan specifieke vlakken of bodies. Dit versterkt alleen kritieke gebieden terwijl de rest van het deel licht blijft.

4. Selectieve sterkte per body

Op dezelfde manier kun je verschillende infill-niveaus instellen voor afzonderlijke CAD-bodies. Het toevoegen van dunne ribben of interne structuren biedt mechanische ondersteuning zonder bulk toe te voegen.

5. Metalene inserts

Wanneer een geprint deel slijtage zal ondervinden, verwerk dan metalen moeren, ringen of heat-set draadinserts. Ontwerp een caviteit, pauzeer de print om het onderdeel te plaatsen, en hervat daarna. Zorg voor een kleine materiaaloverschot rond het gat voor stevige verankering.

Voor heat-set inserts, laat een dunne wand rond het gat en gebruik een soldeerbout om de insert na printen te verankeren.

6. Geconsolideerde assemblages

Het printen van een enkele geïntegreerde vastzet elimineert de noodzaak om meerdere onderdelen te monteren, wat arbeid en potentiële uitlijningsfouten reduceert. Hybride tools die 3D-geprinte componenten combineren met metalen bevestigingsmiddelen of hydraulica verbeteren prestaties verder terwijl gewicht wordt verminderd.

Case studies: Genesis Systems verving een zware end-of-arm-tool door een lichte 3D-geprinte versie, wat gebruik van een kleinere, goedkopere robot mogelijk maakte. Ford herontwierp een volumineuze aluminium raam-montagevastzet tot een 7,5 lbs 3D-geprint alternatief dat luchtleidingen en bevestigingsmiddelen integreert terwijl structurele integriteit behouden blijft.

Design-for-additive samenvatting

Kortom:

• Traditionele manufacturing drijft vastzetontwerp, maar additieve manufacturing kan levertijden, kosten drastisch verlagen en ergonomie verbeteren.
• Misverstanden over additief ontwerp kunnen leiden tot inefficiënties; begrip van de specifieke printer en materiaal is cruciaal.
• Vermijd shelling- en hollowing-valkuilen die support en printtijd verhogen.
• Pas de zes bovenstaande regels toe om materiaalgebruik, printtijd te reduceren en deelprestaties te verbeteren.

Optimaliseer uw ontwerpen voor 3D-printen

Van concept tot productie – CADimensions begeleidt u elke stap van de weg.

CADimensions Services