Onderdelen bewerken met Fusion 360 met een generatief ontworpen 3D-geprinte fixture

Vervolg op mijn "How To Machine" posts, vandaag leg ik een iets ander proces uit: hoe een onderdeel te bewerken met een 3D-geprinte, generatief ontworpen fixture. De beste manier om je onderdeel voor bewerken te fixeren kan een van de lastigste aspecten van het proces zijn. Generatief ontwerp binnen Fusion 360 maakt dit veel eenvoudiger. Voor wie generatief ontwerp nog niet kent (je mist echt iets, volg deze link voor meer!), het gaat om het instellen van obstakel- en bewaargeometrie, zodat de software het onderdeel voor je ontwerpt. Een van de productiebeperkingen die gebruikers kunnen toepassen staat alleen 3D-printbare resultaten toe. In dit geval maakte dit het ontwerp en de fabricage van mijn fixture veel sneller, vergeleken met traditionele technieken. Als je bewerkingsbeelden wilt zien, volg deze link.

Generatief ontworpen fixture

Eerst creëerde ik het ontwerp voor mijn fixture om mijn onderdeel vast te houden. Hiervoor gebruikte ik de Generative Design workspace. Ik stelde de obstakelgeometrie in, de gebieden waar geen materiaal zou worden gecreëerd, zodat ik bouten van onderen kon plaatsen om het onderdeel aan de fixture te bevestigen. Op dezelfde manier creëerde ik obstakelgeometrie, zodat de fixture zelf aan een Lang-plaat kon worden bevestigd. Dit betekende dat de fixture op de machine accuraat gelokaliseerd kon worden, door slechts één moer vast te zetten. Voor de bewaargeometrieën, de gebieden waar materiaal wel gecreëerd mag worden, stelde ik deze in rond de gaten waar de fixture aan het onderdeel zou bevestigd. Dit om te zorgen dat deze gaten met voldoende materiaal eromheen gecreëerd zouden worden om effectief te werken. Ik paste vervolgens de benodigde belastingen toe die de fixture tijdens het bewerkingsproces zou moeten weerstaan (ik haalde deze waarden uit een eerdere Autodesk-project).

Generatieve fixture resultaten

Generatief ontwerp produceert meerdere resultaten, elk in staat om de gespecificeerde belastingen te weerstaan. Hierdoor kon ik er één selecteren dat het beste aan mijn behoeften paste. Ik wilde mijn fixture 3D-printen voor rapid prototyping-doeleinden. Daarom koos ik er eentje die lager in massa was, zodat het makkelijker en goedkoper te printen was. Ik kon vertrouwen dat Fusion 360 me een ontwerp gaf dat, hoewel lichter, aan de eisen zou voldoen. De onderstaande afbeelding toont de fixture die ik koos. Ik printte het op de Stratasys Fortus 380mc in het Birmingham Technology Centre. Het gekozen materiaal was een ASA (Acrylonitril Styreen Acrylaat) polymer, met elke laag 0,33 mm hoog. De totale printtijd was ongeveer 7 uur per fixture. Niet slecht, overwegende hoe lang het normaal duurt om fixtures met traditionele productiemethoden te produceren!

Setups

Een ander voordeel van een generatief ontworpen fixture was dat ik de meeste bewerkingen in één setup kon doen, zelfs al programmeerde ik verschillende 3+2 operaties. Toch moest ik nog gaten boren aan één kant van het aluminiumblok, om het aan de fixture te bevestigen. Hiervoor gebruikte ik een Lang-schroef. Dit gereedschap stelde me in staat om het materiaal met slechts 3 mm klemming te houden, en het terug te plaatsen binnen een 5-micron tolerantie. Dit maakt het proces extreem betrouwbaar en herhaalbaar. Voor de tweede setup gebruikte ik mijn generatief ontworpen fixture, en voerde de overige toolpaden uit met alleen dit als mijn fixatiemechanisme.

Ruwwfrezen (Roughing)

Ik gebruikte de 3D Adaptive Clearing strategie om het grootste deel van het materiaal weg te frezen. Dit stelde me in staat om de volledige snijdlengte van mijn 12 mm End Mill te gebruiken, terwijl constante toolbelasting en invalshoek werden gehandhaafd. Dit is veel beter voor gereedschapslevensduur en haalt materiaal veel sneller weg dan traditioneel ruwfrezen. Een ander aspect waar waard is om te noemen is dat ik patches moest aanmaken over bepaalde gebieden van het model die ik niet wilde dat het gereedschap tijdens het ruwfrezen binnenkwam. Dit is een groot voordeel van een geïntegreerd CADCAM-systeem, omdat ik deze snel kon toevoegen om mijn programmering te vereenvoudigen. Je kunt deze patches in gebruik zien in de onderstaande afbeelding.

Afwerken (Finishing)

Ik gebruikte meerdere strategieën om dit onderdeel af te werken, aangezien er veel verschillende features op zaten. Een van de hoofdgebieden die gedetailleerde afwerking vereisten waren de "voetjes" van het onderdeel. Hiervoor gebruikte ik een Parallel toolpad, met een 8 mm bolneus en 0,1 mm stapover. Dit gaf een geweldige oppervlakteafwerking zonder de noodzaak voor handmatig polijsten.

Voor de A en F symbolen gebruikte ik Scallop met een 3 mm bolneus. Hoewel deze aan de zijkant van het onderdeel lagen, kon ik ze gemakkelijk programmeren met Tool Orientation. Deze optie maakt het heel gemakkelijk om 3+2 toolpaden in Fusion 360 te creëren. Ik hoefde alleen de Tool Orientation checkbox te activeren, mijn Z-as direct van het CAD te picken, en ik was klaar. Omdat we een trunnion op de Haas VF2 hebben waarop ik dit onderdeel bewerkde, was het uitvoeren van deze en andere 3+2 operaties heel straight-forward. Als je meer wilt weten over Tool Orientation, kun je deze post lezen.

Conclusie

De totale bewerkingstijd voor dit onderdeel was ongeveer 2 uur, maar het hele proces, dat normaal veel langer zou hebben geduurd, werd versneld door het gebruik van een generatief ontworpen fixture die snel in-house geprint kon worden. Fusion 360 geïntegreerd CADCAM maakte de hele ontwerp- en productieworkflow snel en naadloos, omdat het gemakkelijk was om te switchen tussen de Generative, Design, en Manufacturing workspaces op elk moment. Als je dit wilt proberen, maar de software nog niet geprobeerd hebt, kun je een gratis proefversie downloaden via deze link.