Miten suunnitella lisäaineiden valmistukseen: asiantuntijat antavat neuvoja!

kuten tiedätte, koneistuskappaletta ei ole suunniteltu samalla tavalla kuin 3D-Tulostettua kappaletta: jokainen valmistusprosessi liittyy suunnittelutekniikkaan. Lisäaineiden valmistuksessa on hyvin tarkat suunnittelusäännöt ja työkalut, joiden avulla voit luoda optimoidun suunnittelun, joka on valmis 3D-tulostukseen. Nämä menetelmät on yleensä ryhmitelty termiin Design for Additive Manufacturing (Dfam) – kehitetty optimoimaan osan toiminnallinen suorituskyky mahdollisimman paljon, mutta myös sen kustannukset, luotettavuus ja muut tuotteen elinkaaren näkökohdat. Nykyään käytetään useita tekniikoita, kuten generatiivinen suunnittelu, topologian optimointi tai hilarakenteiden luominen. Miten valita oikea suunnittelumenetelmä 3D-tulostetun osan koko suunnitteluprosessin optimoimiseksi? Kysyimme kolmelta lisäaineiden valmistuksen asiantuntijalta heidän mielipidettään asiasta!

vastataksemme DfAM: iin liittyviin kysymyksiin esitimme muutamia kysymyksiä Ravi Kunjulle, Altairin strategiasta ja liiketoiminnan kehittämisestä vastaavalle johtajalle, Dassault Systèmesin EMEA Catia Competency Centerin johtajalle Daniel Pyzakille ja viimeisimpänä Peter Rogersille, APAC: n lisäaineiden Valmistusasiantuntijalle Autodeskille.

Ravi Kunju
Daniel Pyzak
Peter Rogers

mikä määrää, mitä DfAM-tekniikkaa käytetään?

joissakin yhteyksissä DfAM syntyi am Technologiesin tarjoaman suunnattoman suunnitteluvapauden ja ainutlaatuisten ominaisuuksien ansiosta, toisin kuin perinteisissä menetelmissä, kuten CNC-koneistuksessa, jossa joitakin malleja on yksinkertaisesti mahdotonta valmistaa. Peter Rogers täsmentää tätä seikkaa: ”lisäaineeksi kysymys’ Voimmeko tehdä niin?”vastataan usein myöntävästi. Vaikka se on mahdollista tehdä jotain, se ei tarkoita, että se pitäisi tehdä niin. Tuotanto-ja valmistustiimit rakentavat ymmärrystään AM: n parhaista käytännöistä.”

aluksi on tärkeää muistaa, että valittu suunnittelutekniikka riippuu käytetystä tekniikasta. Ravi Kunju on varsin selkeä: ”prosessi määrää, miten osa valmistellaan ja miten se valmistuu.”Jos omistat FDM 3D-tulostimen, et luo osaasi samalla tavalla kuin jos omistaisit metalli-tai SLS 3D-tulostimen. Alkaen itse tekniikka, voit välttää tiettyjä virheitä ja näin voit paremmin optimoida pinnan viimeistely, maksimoida mekaaniset ominaisuudet Oman osan ja helpottaa sen puhdistusta, mikä puolestaan tarkoittaa säästää aikaa, materiaalia ja rahaa. Daniel Pyzak dassaultista lisää: ”suunnitteluvaiheessa on paljon sääntöjä, joita on noudatettava, jotta 3D-tulostukseen saadaan oikea muotoilu: nämä säännöt riippuvat voimakkaasti koneesta (kapasiteetin koko, teknologian tyyppi, materiaali jne.) ”

otetaan esimerkiksi metallinen 3D-tulostus, ja tarkemmin Laser jauhe Bed Fuusiotekniikka. Ravi Kunju selittää: ”esimerkiksi valikoivassa lasersulatusprosessissa metallin tulostamiseksi tarvitaan tukirakenne, kun tulostetaan alle 45-asteisia pintoja. Muuten alaspäin suuntautuvan pinnan laatu voi olla erittäin huono. Tukirakenteet ovat kalliita tulostaa ja poistaa, koska ne on vähennettävä lopullisesta osasta. Paras lähestymistapa on luoda malleja, joissa on minimaalinen tukirakenteet. On lisättävä rajoite, jolla varmistetaan, että syntyvässä rakenteessa on pintoja reilusti yli 45 asteen kulman vaakatasosta.”Tukien määrän minimointi onkin tärkeä askel DfAM: ssa, jota voidaan soveltaa myös muihin 3D-tulostustekniikoihin.

 Design for Additive Manufacturing

Peter Rogers selittää, että jännittävä uusi tekniikka voi verrata tuloksia, jos käytetään 3D-tulostusta, 2,5 -, 3 -, 5-akselista koneistusta ja muita valmistusmenetelmiä sen määrittämiseksi, mitkä osat soveltuvat AM | Krediitteihin: Autodesk

mitkä ovat lisäaineiden valmistustekniikat?

sen ymmärtäminen, miten osaa käytetään ja mikä on sen tarkoitus, on avainasemassa valittaessa sovellettavia suunnittelutekniikoita – toisin sanoen DfAM on loistava tapa lisätä toiminnallisuutta. Peter Rogers selittää yksityiskohtaisemmin: ”esimerkiksi ilmailun ja ilmailun tehtäväkriittisten osien generatiiviseen suunnitteluun ja topologian optimointiin on panostettu voimakkaasti, mikä osittain johtuu vaatimuksesta tehdä helppoja halkeamien tarkastuksia. Ristikoiden avulla sisäisiä osioita ei voida helposti tarkastaa, jolloin jatkuvat haitat olisivat hyötyjä suuremmat. Lääketieteellisissä laitteissa muoto on kuitenkin suhteellisen asettunut paikalleen, ja ristikot ovat toimivampia osseointegraatioon, joten suurin osa dfamista tehdään ristikkomalla.”

olet todennäköisesti kuullut topologian optimoinnista ja generatiivisesta suunnittelusta aiemminkin. Itse asiassa molemmat tekniikat yhdistetään usein. Daniel Pyzak selittää: ”ne ovat suunnitteluteknologioita kevyeen tekniikkaan, joka palvelee useita valmistusprosesseja: jyrsintä, valu, ja lisäaineiden valmistus.”Lyhyesti sanottuna generatiivisen suunnittelun lopullisena tavoitteena on saavuttaa muotoilu, joka täyttää suorituskykyvaatimukset paremmin, nopeammin ja kevyemmin käyttäen laskennallisia menetelmiä ja resursseja käsillä. Topologian optimointi ei ole mikään muu kuin todistettu generatiivinen suunnittelumenetelmä, joka on keskittynyt optimoimaan materiaalin jakelu käyttäen äänen numeerisia menetelmiä. Topologian optimoinnista saatavia optimoituja muotoja on hyvin usein mahdotonta valmistaa perinteisillä prosesseilla.

Ravi Kunju kuitenkin lisää, että mallien muuttaminen ja jokaisen muunnelman tutkiminen rajattomasti voi olla kallista, aikaa vievää ja jopa alioptimaalista. ”Jos rajoitteita on liikaa, ei välttämättä koskaan päästä optimaaliseen ratkaisuun. Mallien ajamiseen on monia numeerisia tekniikoita ja menetelmiä, kuten DOE (kokeiden suunnittelu), stokastiset menetelmät, geneettiset algoritmit, hermoverkot jne., joilla kaikilla on vahvuutensa ja heikkoutensa, ja ne voidaan luokitella suunnittelututkimukseen ja synteesiin (DSS).”

Design for Additive Manufacturing

Altairin ohjelmistoratkaisujen ansiosta AP Works (Airbusin tytäryhtiö) suunnitteli moottoripyöräänsä 3D-tulostetun rungon. Topologian optimoinnilla he pystyivät vähentämään osan lopullista painoa 30% / Krediitit: Altair

lopuksi asiantuntijamme keskittyivät hilarakenteiden käsitteeseen, joka on eräs optimoinnin muoto, koska se pyrkii vähentämään osan painoa säilyttäen samalla sen rakenteellisen eheyden. Ristikkomus toimii luomalla silmien ja solmujen verkoston, jota verrataan usein hunajakennorakenteeseen, jota on vaikea saada perinteisillä valmistusmenetelmillä. Tällaisen suunnittelun edut ovat monia, mutta tärkeintä on muistaa, että ne tarjoavat optimaalisen lujuus-painosuhteen. Tällainen tekniikka tarjoaa myös iskunvaimennuksen ja törmäyssuojan, mikä on erityisen kiinnostavaa esimerkiksi pyöräilyssä.

 lisäaineiden Valmistussuunnitelma

esimerkki hilarakenteesta, joka on suunniteltu käyttämällä Dassault Systèmesin CATIA-ohjelmistoa | Krediitit: Dassault Systèmes

mikä on DfAM-tekniikoiden vaikutus jälkikäsittelyyn?

suurimmalle osalle käyttäjistä jälkikäsittelyä pidetään usein aikaa vievänä ja vaikeana prosessina. Siksi on tärkeää minimoida nämä vaiheet mahdollisimman paljon, alusta alkaen suunnitteluprosessin. Ravi Kunju kertoo, että 3D-tulostukseen on olemassa kolme päätyyppiä: terminen, mekaaninen ja termomekaaninen jälkikäsittely. ”Terminen jälkikäsittely lievittää jäännösjännitystä ja joissakin tapauksissa muuttaa viljan rakennetta. Mekaaninen jälkikäsittely poistaa tukirakenteen ja viimeistelee/poraa/myllyreiät jne. Termomekaaninen jälkikäsittely voisi olla kuin kuuma iso-staattinen puristus (HIP).”

itse asiassa Daniel Pyzak neuvoo vähentämään 3D-tulostustukien määrää (tai jopa poistamaan ne) erityisesti metallien lisäaineiden valmistuksessa. Hän lisää: ”toinen tapa on yhdistää nämä tuet (tämä on suunnittelijan eikä koneen käyttäjän tehtävä) itse osan suunnitteluun. Täällä, ei tarvitse poistaa niitä! Nykyään tällä tavalla suunniteltuja osia on hyvin vähän, mutta se on ehdottomasti lupaava idea.”

Design for Additive Manufacturing

toinen esimerkki generatiivisen suunnittelun tuloksista, 8 komponentin yhdistäminen 1 osaan | Krediitteihin: Autodesk

Peter Rogers päättelee: ”AM-tietämyksen Tuominen mahdollisimman aikaiseen suunnitteluprosessiin on avain laitteiston parhaaseen hyödyntämiseen. Suurissa organisaatioissa, jotka voivat olla vaikeita, joten koota työryhmä ihmisiä eri taustoista voi auttaa löytämään uusia, innovatiivisia tapoja parantaa osia ja muuttaa mitä alun perin toteutettiin ”thought leadership” tekniikka korvaamaton tuotantotekniikka.”

* kansikuvan lopputekstit: HP / Motus

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.