Design for Additive Manufacturing (DfAM) 3D-printstrategieën

Ontwerp voor additieve productie versus ontwerp voor traditionele productie

Traditioneel moet u bij het ontwerpen van een onderdeel voor CNC-frezen rekening houden met het merk en model, de mogelijkheden en het werkvolume van uw frees. Deze overwegingen zijn allemaal machinegestuurd, terwijl functies met hoge tolerantie, gereedschapswisselingen en instellingen allemaal onderdeelgestuurd zijn.

Naast machine- versus onderdeelgestuurde overwegingen, zijn er details zoals spilsnelheid, materialen en gereedschapstype die het productieproces bij CNC-frezen verder beïnvloeden. Als je een complex onderdeel hebt, is het gemakkelijker om op een complexere machine te maken, maar die machines zijn duurder.

Ontwerp voor CNC-frezen vereist een voorafgaande afweging van elke bewerking die nodig is om een ​​onderdeel te produceren, evenals het bijbehorende gereedschap dat nodig is om die bewerking uit te voeren.

Ontwerpen voor 3D-printen vertoont enkele overeenkomsten met traditionele productie. Sommige aspecten van het ontwerpen van 3D-printen zijn procesafhankelijk en sommige zijn printerafhankelijk. Aangezien 3D-printen een additief versus een subtractief proces is, worden dwarsdoorsneden van onderdelen op elkaar geëxtrudeerd, laag voor laag, om uw model op te bouwen. Het aantal bewerkingen en benodigde gereedschappen is vereenvoudigd tot slechts één of twee, waardoor operationele overwegingen zoals gereedschapswisselingen, gereedschapsvrijgave, instellingen en aangepaste werkstukopspanningen die doorgaans nodig zijn voordat een CNC-taak wordt gestart, worden geëlimineerd.

Een onderdeel dat is geproduceerd met CNC-frezen, bestaande uit vijf verschillende bewerkingen, met behulp van drie verschillende snijgereedschappen, twee instellingen en een set aangepaste zachte kaken, kan bijvoorbeeld worden geproduceerd met een 3D-printer in één bewerking, met één gereedschap, en geen extra opstelling. Dezelfde vereenvoudiging is ook van toepassing op onderdelen die 20 bewerkingen, acht gereedschappen en vier opstellingen vereisen. Dit opent een breed scala aan ontwerpmogelijkheden, maar brengt ook zijn beperkingen met zich mee waarmee rekening moet worden gehouden in uw ontwerp.

Een van additive manufacturing grootste voordelen is dat een complex onderdeel net zo eenvoudig is in te stellen als een basisonderdeel.

Laten we als voorbeeld twee verschillende onderdeelontwerpen nemen:ontwerp #1 is een eenvoudig onderdeel met een verticaal gat en ontwerp #2 heeft een schuin gat, dat niet zo eenvoudig te vervaardigen is.

Ontwerp # 1 zou een eenvoudige bewerkingsopstelling vereisen als u aan het frezen was. Ontwerp #2 zou een complexere machine of een meer ingewikkelde opstelling nodig hebben. Twee totaal verschillende bewerkingsbenaderingen voor een klein verschil in ontwerp.

Met 3D-printen heb je geen twee verschillende benaderingen nodig. Je kunt beide delen naar de 3D-printsoftware sturen en op print drukken. De printer doet alle instellingen voor u, dus een geometrisch complex onderdeel kost evenveel tijd en moeite om in te stellen als een eenvoudig onderdeel.

Geometrische complexe kenmerken isoleren in DfAM

Een van de nadelen van een op depositie gebaseerd plastic printproces is dat de onderdelen anisotroop zijn, dus de materiaalsterkte zal anders zijn langs vlakken evenwijdig aan het printbed en langs de as die daar normaal voor is. Zie het als een stapel post-its. Het is moeilijk om over de oppervlakken te breken, maar het is gemakkelijk uit elkaar te trekken bij de naden tussen de discrete plakjes materiaal.

Bij ontwerp voor additive manufacturing is het dus belangrijk om niet alleen na te denken over de bedrukbaarheid van een onderdeel, maar ook over de prestaties en hoe het voldoet aan uw functionele vereisten.

We kunnen dit samenvatten met een eenvoudige tetraëdervorm als voorbeeld. De eerste iteratie hiervan is een basisvorm van een blokvormige vorm. Het werkt, maar het is eigenlijk als een blok CAD-model. Het is gemakkelijk om dit stadium te bereiken, het goed te noemen en op afdrukken te drukken. Dit zou een afdruk van negen uur zijn en $ 12,63 USD kosten.

Als we verwachten meerdere exemplaren of revisies van dit model te maken, willen we misschien enkele verbeteringen aanbrengen om tijd en kosten te besparen. We kunnen de printtijd verkorten door veel materiaal in het midden weg te snijden, maar de structurele integriteit van het onderdeel met ribben te behouden in plaats van een massief blok.

Die versie van het onderdeel zou zes uur duren en zou $ 6,12 USD kosten om af te drukken, maar structureel gezien is dit onderdeel anisotroop. Wanneer we een belasting op het onderdeel uitoefenen, kan het langs de laaglijnen afschuiven. We moeten dus de vereisten van dit onderdeel heroverwegen.

We geven om de sterkte, omdat deze mogelijk een grote belasting moet verdragen en we geven ook om de hoeken die nodig zijn om er een regelmatige tetraëder van te maken. Die hoeken zijn complexe geometrieën die nauwkeurig moeten zijn, en het onderdeel kan niet breken op deze balken. Als we deze versie van het onderdeel snel willen herhalen en aspecten van het ontwerp willen wijzigen, moeten we dat doen in cycli van zes uur of meer. Dit is waar we 3D-printen echt in ons voordeel kunnen gebruiken.

Met 3D-printen kun je de kritische complexe componenten isoleren, in dit geval de hoeken. We hebben de anisotrope elementen van het onderdeel omzeild met pluggen met behoud van de algehele geometrie. Als er iets aan het onderdeel moet worden gewijzigd, is elke hoekeenheid een afdruktaak van een half uur en kost $ 0,50 USD, dus je kunt veel sneller op elke verbinding herhalen als dat nodig is, en als je de grootte van het enige dat u hoeft te doen, is de paspennen verwisselen zonder de hoeken opnieuw af te drukken.

Hier is 3D-printen perfect voor dit ontwerp omdat we de geometrisch complexe kenmerken hebben geïsoleerd. Dit is de sleutel tot ontwerpen voor additive manufacturing. Bepaal welke aspecten van het ontwerp zich kunnen lenen voor het laag-voor-laagproces. Dit heeft invloed op de kosten en printtijd, verbetert de workflow en de onderdeelfunctionaliteit en maakt het gemakkelijker om te herhalen en aan te passen.