Additieve Productie Meesteren: 5 Essentiële Ontwerptips

Naarmate productietechnologie evolueert, moet ook de productie-industrie's design for manufacturing (DFM) vaardigheden zich ontwikkelen. Het additieve productielandschap in het bijzonder is de afgelopen decennium dramatisch gevorderd: 3D-printen werd ooit beschouwd als een prototyping tool, of zelfs een novelties, maar nu de technologie industriële graad mogelijkheden heeft bereikt, is design for additive manufacturing (DFAM) een hooggeprezen capaciteit onder ingenieurs en productontwikkelaars geworden.

Gegeven het snelle tempo van verandering, als u jaren hebt doorgebracht uw DFM-expertise te scherpen voor legacy productietechnologieën, kan het prospect van het moeten leren van nieuwe DFAM-technieken overweldigend lijken. Die uitdaging kan verder gecompliceerd worden door verschillende 3D-printtechnologieën: de optimale DFAM-technieken voor fused deposition modeling (FDM), bijvoorbeeld, kunnen verschillen van stereolithografie (SLA), Carbon Digital Light Synthesis™ (DLS), of HP Multi Jet Fusion (HP MJF) — en significante nieuwe kosten, materiaal- en ontwerpoverwegingen met zich meebrengen.

3D-printtechnologie Begrijpen

Het zou vanzelfsprekend moeten zijn dat een ontwerpproject ontwikkeld moet worden met begrip van de technologie die ervoor gebruikt zal worden. 3D-printen is een additief productieproces wat betekent dat materiaal progressief, laag voor laag, wordt toegevoegd om een einddeel te vormen — in tegenstelling tot een subtractief productieproces, zoals CNC-bewerking, waarbij materiaal van een werkstuk wordt verwijderd door een snijgereedschap.

Echter, ondanks de verschillen met traditionele productiemethoden, hoeft de integratie van additieve productie met bestaande productiekaders niet moeilijk te zijn. Met een beetje creatief denken en de bereidheid uw perceptie te verschuiven, zal het ombuigen van ontwerpen voor additieve productie niet zo uitdagend zijn als u zich misschien voorstelt.

Als u klaar bent om de switch te maken, hier zijn vijf 3D-print ontwerptips om u op weg te helpen:

1. Bereid u voor op Nieuwe Uitdagingen

Additieve productie heeft een reeks productiemogelijkheden geopend, wat de creatie van eerder 'onmakbare' delen met relatieve snelheid en efficiëntie mogelijk maakt. Echter, DFAM brengt ook nieuwe uitdagingen met zich mee die ontwerpers en ingenieurs rekening moeten houden met naarmate ze delen van hun digitale staat naar fysieke productie brengen. Het bouwvolume van 3D-printers kan bijvoorbeeld de grootte van bepaalde delen beperken, en projecten vereisen om te worden gebouwd met meerdere prints. Tegelijkertijd hebben specifieke printtechnologieën hun eigen uitdagingen: FDM produceert delen met zichtbare laaglijnen die niet in digitale ontwerpen vertegenwoordigd kunnen zijn (en die na-productie gladgestreken kunnen worden), en het HP MJF-proces vereist dat delen door een koelingsproces gaan, en daarna worden gereinigd, na het printen wat productietijden kan verlengen.

DFAM is een onmiskenbaar opwindende grens maar om het meest uit uw 3D-printtechnologie te halen, is het belangrijk om rekening te houden met deze praktische overwegingen tijdens het ontwikkelen van projecten.

2. Ondersteuningsstructuren Aanpassen

Om rekening te houden met elementen met overhangs, kunnen delen ondersteuningsstructuren nodig hebben, wat ontwerpuitdagingen kan genereren. De behoefte aan ondersteuningsstructuren hangt af van de hoek waarop een overhang is ingesteld en het is belangrijk te onthouden dat de supports 3D-printmateriaal zullen consumeren, wat extra kosten en tijd aan het printproces toevoegt.

Gelukkig kunt u mogelijk de behoefte om overhangs te ondersteunen verminderen — en tijd en geld besparen — met een paar eenvoudige strategieën. Een goede regel is om de hoek van overhangs op uw deel zoveel mogelijk te minimaliseren: hellingen van 45 graden en daarboven vereisen doorgaans supports, terwijl die onder 45 graden dat niet doen. Op dezelfde manier kunt u bepaalde delen verankeren door de vereiste support een deel van het ontwerp te maken, of de oriëntatie van het deel op de bouwplaat aan te passen. Ten slotte kunt u een meer 'support-vriendelijke' printmethode kiezen: poederbed 3D-printprocessen, zoals HP MJF, vereisen niet dat delen met supports worden ontworpen omdat het poeder waarin ze gemaakt worden zelf-ondersteunend is.

3. Vervorming Verminderen

Als u net begint met uw additieve productiereis, is het mogelijk dat de beschikbare additieve materialen en hun eigenschappen onbekend zullen zijn.

In het bijzonder neigen 3D-printprocessen ertoe om materialen te laten vervormen (met name op grote, plate oppervlakken). Vervorming kan optreden als gevolg van verschillende temperatuurvariabelen: in het FDM-proces wordt materiaalfilament bij een hoge temperatuur uitgeperst, dan gekoeld. In SLA en DLS printen, gaan delen door een na-print bakproces. In het HP MJF-proces treedt vervorming op als gevolg van sinteren, wat plaatsvindt in een verwarmd bed van materiaal en na-print koeling omvat. Sommige 3D-printprocessen zijn meer geneigd tot vervorming dan andere: de hoekpunten van FDM 3D-prints kunnen bijvoorbeeld vervormen en van het printbed oplopen naarmate ze door thermische contractie gaan.

Het kan mogelijk zijn om vervorming aan te pakken door ervoor te zorgen dat 3D-printers correct gekalibreerd zijn, of door ervoor te zorgen dat delen geschikte adhesie aan het printbed hebben. Het vervormingseffect kan ook in het ontwerp gemitigeerd worden door het aantal scherpe randen of overhangende elementen op een deel te verminderen, of door de hoeken af te ronden om de thermische spanning meer gelijkmatig te verdelen. Op dezelfde manier hebben lange of dunne delen een hogere neiging om te vervormen, dus het verdikken van die delen tijdens het ontwerp kan het effect verminderen. Werken met ervaren partners, zoals Fast Radius, is een goede manier om vervorming te voorkomen (wanneer mogelijk) aangezien we kunnen garanderen dat alle apparatuurkalibratie correct wordt afgehandeld vóór het printen.

4. Wanddikte Overwegen

3D-printtechnologie is capabel van indrukwekkende precisie te bereiken en delen te produceren met zeer fijne details — inclusief extreem dunne delen. Echter, net als gespruiten delen, hoe dunner een 3D-geprint deel, hoe waarschijnlijker het is dat er fouten optreden tijdens het printproces: kenmerken die te dun zijn, risceren te vervormen of los te komen van het deel voordat de resin kan afkoelen. Op dezelfde manier kunnen extreem dunne delen eventuele daaropvolgende vervorming verergeren naarmate het deel na-productie afkoelt. Zelfs als een dun deel het printproces haalt, kan het beschadigd worden door eventuele benodigde reiniging, afwerking of na-bewerking.

Met die factoren in gedachten, moet u ervoor zorgen dat u uw delen ontwerpt tot de minimale wanddikte die aanbevolen wordt voor de 3D-printtechnologie die u gebruikt. Fast Radius ingenieurs zullen met u samenwerken om een geschikte wanddikte voor uw deel te bepalen — en om eventuele unieke uitdagingen geassocieerd met uw ontwerp te managen.

5. Creatieve Kansen Verkennen

3D-printtechnologie brengt kansen om het productieproces te stroomlijnen en te optimaliseren op manieren die niet mogelijk zouden zijn met andere productiemethoden. Die kansen omvatten het verlichten van delen zonder hun sterkte in te boeten door materiaal te verwijderen. Een van de meest effectieve verlichtingsmethoden voor 3D-geprinte delen is om te ontwerpen met roosters: kruisstructuren die langs elke as getesselleerd kunnen worden, die minder 3D-printmateriaal gebruiken, en die het totale gewicht van een deel verminderen.

Denk creatief over DFAM-optimalisatiekansen. Het rooster, bijvoorbeeld, wordt gevonden in talloze natuurlijk voorkomende structuren, inclusief in bijenkorven en koraal — inderdaad de natuurlijke wereld vertegenwoordigt een enorme bron voor verdere DFAM-optimalisatie-ideeën, biedend een spectrum van potentiële nuttige ontwerpinspiraties. Naast hun gewicht, kunnen delen geoptimaliseerd worden voor eigenschappen zoals zachtheid, rek tot breuk, en warmteoverdracht — metrics die correlaties hebben in de structurele eigenschappen van menselijk bot, bijvoorbeeld, en die (tot variërende mate) nagebootst kunnen worden door 3D-printtechnologie.

De Waarde van DFAM-expertise

Voortgang in technologie verandert het additieve productielandschap maar ze hebben het belang van menselijke engineering-input niet geëlimineerd. Bij het overstappen naar DFAM kunnen zelfs de beste ingenieurs profiteren van derde-partij ervaring en expertise — of simpelweg van het hebben van een extern klankbord — tijdens het ontwerpen voor 3D-printtechnologie.

Kortom, hoewel er genoeg DFAM-bronnen beschikbaar zijn om te verkennen, blijft in-persoon probleemoplossing onmisbaar. Dus of u hulp nodig heeft bij het optimaliseren van bestaande ontwerpen, of een ontwerp vanaf nul te starten, het engineering team van Fast Radius staat klaar om u te helpen: neem vandaag nog contact op om te beginnen.

Klaar om uw delen te maken met Fast Radius?

Start uw offerte