Sådan designes til additivfremstilling: eksperter giver deres råd!

som du ved, er et bearbejdningsstykke ikke designet på samme måde som et 3D-trykt stykke: hver fremstillingsproces er forbundet med en designteknik. I additivfremstilling er der meget specifikke designregler og værktøjer, der giver dig mulighed for at oprette et optimeret design, klar til 3D-udskrivning. Disse metoder er generelt grupperet under udtrykket Design for Additive Manufacturing (DfAM) – udviklet til at optimere delens funktionelle ydeevne så meget som muligt, men også dens omkostninger, pålidelighed og andre produktlivscyklusovervejelser. Flere teknikker anvendes i dag, såsom generativt design, topologioptimering eller oprettelse af gitterstrukturer. Hvordan vælger man den rigtige designmetode til at optimere hele designprocessen for en 3D-trykt del? Vi bad tre additive manufacturing eksperter om deres mening om sagen!

for at besvare de spørgsmål, der er relateret til DfAM, stillede vi nogle spørgsmål til Ravi Kunju, SVP, strategi og forretningsudvikling hos Altair; Daniel Pysak, direktør, EMEA Catia kompetencecenter hos Dassault Systmes; og sidst men ikke mindst Peter Rogers, APAC produktspecialist for additivfremstilling hos Autodesk.

Ravi Kunju
Daniel Pysak
Peter Rogers

hvad dikterer, hvilken dfam-teknik der bruges?

i en vis sammenhæng opstod DfAM på grund af den enorme designfrihed og unikke evner, som AM-teknologier leverer, i modsætning til traditionelle metoder som CNC-bearbejdning, hvor nogle designs simpelthen er umulige at fremstille. Peter Rogers uddyber dette punkt: “for additive, spørgsmålet ‘Kan vi gøre det?’besvares ofte med et ‘ja’. Selvom det er muligt at gøre noget, betyder det ikke, at det skal gøres på den måde. Produktions-og produktionsteams bygger deres forståelse af den bedste praksis omkring AM.”

til at begynde med er det vigtigt at huske, at den / de valgte designteknikker afhænger af den anvendte teknologi. Ravi Kunju er helt klar: “det er processen, der dikterer, hvordan en del forberedes, og hvordan den er færdig.”Hvis du ejer en FDM 3D-printer, opretter du ikke din del på samme måde, som hvis du ejede en metal-eller SLS 3d-printer. Med udgangspunkt i selve teknologien undgår du visse fejl, og dette giver dig mulighed for bedre at optimere din overfladefinish, maksimere de mekaniske egenskaber på din del og lette rengøringen, hvilket igen betyder at spare tid, materiale og penge. “Der er mange regler at følge i designfasen for at få et ordentligt design til 3D-udskrivning: disse regler afhænger stærkt af maskinen (kapacitetsstørrelse, type teknologi, materiale osv.) “

tag for eksempel metal 3D-udskrivning, og mere præcist Laserpulverfusionsteknologi. Ravi Kunju forklarer: “for eksempel kræves der i en selektiv lasersmeltningsproces til udskrivning af metal en understøtningsstruktur, når der udskrives overflader, der er under 45 grader. Ellers kan den nedvendte overfladekvalitet være meget dårlig. Støttestrukturer er dyre at udskrive og fjerne, da de skal trækkes fra den sidste del. Den bedste tilgang er at skabe design, der har minimale støttestrukturer. Man skal tilføje en begrænsning for at sikre, at strukturen, der genereres, har overflader godt over 45 graders vinkel fra vandret.”Minimering af antallet af understøtninger er derfor et vigtigt skridt i DfAM, et punkt, der også kan anvendes på andre 3D-udskrivningsteknologier.

Design for Additive Manufacturing

Peter Rogers forklarer, at en spændende ny teknologi kan sammenligne resultaterne, hvis man bruger 3D-udskrivning, 2.5, 3, 5-akset bearbejdning og andre fremstillingsmetoder til at bestemme, hvilke dele der er egnede til AM | Credits: Autodesk

Hvad er designet til Additive Manufacturing teknikker?

at forstå, hvordan en del skal bruges, og hvad dens formål er, er af afgørende betydning, når du vælger, hvilken designteknik(er) der skal anvendes – med andre ord er DfAM en fantastisk måde at tilføje funktionalitet på. Peter Rogers forklarer mere detaljeret: “for eksempel er der et stærkt fokus på generativ design og topologioptimering for luftfarts-og rumfartskritiske dele, hvilket delvis stammer fra kravet om at være i stand til at udføre lette revneinspektioner. Med gitter kan de indre sektioner ikke let inspiceres, hvilket ville betyde, at de igangværende ulemper opvejer fordelene. I medicinsk udstyr er formen imidlertid relativt sat på plads, og gitter er mere funktionelle til osseointegration, så det meste DfAM udføres ved hjælp af gitter.”

du har sikkert hørt om topologioptimering og generativt design før. Faktisk er begge teknikker ofte forbundet. “De er designteknologier til letvægtsteknik, der betjener flere fremstillingsprocesser: fræsning, støbning og additiv fremstilling.”Kort sagt er det endelige mål med generativt design at nå frem til et design, der opfylder ydelseskravene bedre, hurtigere og lettere ved hjælp af beregningsmetoder og ressourcer ved hånden. Topologioptimering er ingen ringere end en gennemprøvet generativ designmetode, der er fokuseret på at optimere materialefordeling ved hjælp af lyd numeriske metoder. De optimerede former, Du får fra topologioptimering, er meget ofte umulige at fremstille ved hjælp af traditionelle processer.

Ravi Kunju tilføjer dog, at det kan være dyrt, tidskrævende og endda suboptimalt at ændre design og udforske hver variation uendeligt. “Hvis der er for mange begrænsninger, kan man aldrig nå frem til en optimal løsning. Der er mange numeriske teknikker og metoder til rådighed til at drive designene, såsom DOE (design af eksperimenter), stokastiske metoder, genetiske algoritmer, neurale netværk osv., som alle har deres styrker og svagheder og kan klassificeres som designstudie og syntese (DSS).”

Design for Additive Manufacturing

takket være Altairs programløsninger har AP (et Airbus-datterselskab) designet en 3D-printet ramme til sin motorcykel. Med topologioptimering var de i stand til at reducere delens endelige vægt med 30% | kreditter: Altair

endelig fokuserede vores eksperter på begrebet gitterstrukturer, som er en form for optimering, da det sigter mod at reducere vægten af en del, samtidig med at dens strukturelle integritet opretholdes. Latticing fungerer ved at skabe et netværk af masker og knuder, der ofte sammenlignes med en bikagestruktur, et design, der er vanskeligt at opnå ved hjælp af traditionelle fremstillingsmetoder. Fordelene ved et sådant design er mange, men det vigtigste punkt at huske er, at de tilbyder et optimalt forhold mellem styrke og vægt. En sådan teknik tilbyder også stødabsorption og slagbeskyttelse, især interessant i cykling, for eksempel.

 design for Additive Manufacturing

eksempel på en gitterstruktur designet ved hjælp af Dassault Systolitmes’ Catia-program / Credits: Dassault Systromes

hvad er virkningen af dfam teknikker på efterbehandling?

for de fleste brugere betragtes efterbehandling ofte som en tidskrævende og vanskelig proces. Derfor er det vigtigt at minimere disse trin så meget som muligt lige fra starten af designprocessen. Ravi Kunju forklarer, at der er tre hovedtyper af efterbehandling til 3D-udskrivning: termisk, mekanisk og termomekanisk. “Termisk efterbehandling aflaster den del af restspændinger og ændrer i nogle tilfælde kornstrukturen. Mekanisk efterbehandling fjerner støttestrukturen og afslutter/bor/møllehuller osv. Termomekanisk efterbehandling kan være som varm iso-statisk presning (HIP).”

faktisk anbefaler Daniel Pysak at reducere antallet af 3D-udskrivningsstøtter (eller endda fjerne dem), især inden for fremstilling af metaladditiver. Han tilføjer: “en anden måde er at integrere disse understøtninger (dette er designerens opgave, ikke maskinoperatørens) i selve delens design. Her er det ikke nødvendigt at fjerne dem! I dag er der meget få dele designet på denne måde, men det er bestemt en lovende ide.”

Design for Additive Manufacturing

et andet eksempel på resultaterne af generativt design, konsolidering af 8 komponenter i 1 del | kreditter: Autodesk

Peter Rogers konkluderer: “at bringe AM-viden så tidligt ind i den indledende designproces som muligt vil være nøglen til bedst at udnytte udstyret. I store organisationer, der kan være vanskelige, så at sammensætte en arbejdsgruppe med mennesker med forskellige baggrunde kan hjælpe med at finde nye, innovative måder at forbedre dele på og omdanne det, der oprindeligt blev implementeret som “tankeledelse” – teknologi til en uerstattelig produktionsteknologi.”

*Cover Picture Credits: HP / Motus

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.