付加的な製造業のために設計する方法:専門家は彼らの助言を与えます!

ご存知のように、加工ピースは3Dプリントピースと同じように設計されていません。 付加的な製造業では、3D印刷の準備ができた最大限に活用された設計を作成することを可能にする非常に特定の設計規則および用具がある。 これらの方法は、一般的に、部品の機能性能を可能な限り最適化するだけでなく、コスト、信頼性、およびその他の製品ライフサイクルの考慮事項を最 今日では、生成設計、トポロジー最適化、格子構造の作成など、いくつかの技術が使用されています。 3Dプリント部品の設計プロセス全体を最適化するための適切な設計方法を選択するには? 私たちは、この問題についての彼らの意見を三人の添加剤製造の専門家に尋ねました!

DfAMに関連する問題に答えるために、AltairのSVP、戦略とビジネス開発のRAVI Kunju、Dassault SystèmesのEMEA CATIAコンピテンシーセンターのディレクターであるDaniel Pyzak、Autodeskの添加剤製造のAPACプロダク

ラヴィ-クンジュ
ダニエル-ピザック
Peter Rogers

どのDfAM技術が使用されるかを決定するものは何ですか?

いくつかの文脈では、DfAMは、いくつかの設計が単に製造することが不可能なCNC加工などの伝統的な方法とは対照的に、AM技術によって提供される巨大な設計の自由度とユニークな機能のために浮上した。 ピーター-ロジャースはこの点について詳述している:”添加剤のために、質問は”我々はそれを行うことができますか?’はしばしば’yes’と答えられます。 何かをすることは可能ですが、それはそのようにする必要があるという意味ではありません。 生産および製造チームは、AMに関するベストプラクティスの理解を構築しています。”

まず、選択された設計技術は使用される技術に依存することを覚えておくことが重要です。 Ravi Kunjuは非常に明確です:「それは部品がどのように準備され、どのようにそれが終了するかを決定するプロセスです。”FDM3Dプリンタを所有している場合は、金属またはSLS3Dプリンタを所有している場合と同じ方法で部品を作成することはありません。 これにより、表面仕上げを最適化し、部品の機械的特性を最大化し、洗浄を容易にすることができ、時間、材料、コストを節約できます。 DassaultのDaniel Pyzak氏は次のように付け加えています。「3Dプリントのための適切な設計を得るためには、設計段階で従うべき多くのルールがあります。これらのルールは、マシン(容量サイズ、技術の種類、材料など)に強く依存します。)”

は、例えば金属3D印刷、より正確にはレーザー粉末ベッド融合技術を取ります。 “例えば、金属を印刷するための選択的レーザー溶融プロセスでは、45度以下の表面を印刷するときに支持構造が必要です。 それ以外の場合は、下向きの表面品質が非常に悪くなる可能性があります。 サポート構造は、最終的な部分から差し引かなければならないことを考慮して、印刷して除去するのに高価です。 最良のアプローチは、最小限の支持構造を有する設計を作成することである。 生成される構造体が水平から45度の角度をはるかに超えるサーフェスを持つことを保証するために、制約を追加する必要があります。「したがって、サポートの数を最小限に抑えることは、DfAMの重要なステップであり、他の3Dプリンティング技術にも適用できる点です。

添加剤製造のための設計

Peter Rogersは、3Dプリント、2.5、3、5軸加工、およびその他の製造方法を使用して、AM|Creditsに適した部品を決定する場合、刺激的な新

部品がどのように使用され、その目的が何であるかを理解することは、どの設計手法を適用するかを選択する際に重要です。 “例えば、航空および航空宇宙のミッションクリティカルな部品の生成設計とトポロジー最適化に重点が置かれていますが、これは部分的には簡単な亀裂検査を行うことができるという要件に起因しています。 格子を使うと、進行中の不利な点が利点を上回ることを意味する内部セクションは容易に点検することができない。 しかし、医療機器では、形状が比較的設定されており、格子はosseointegrationのためのより機能的であるため、ほとんどのDfAMは格子を使用して行われます。”

トポロジーの最適化と生成設計については、おそらく以前に聞いたことがあります。 実際には、両方の技術は、多くの場合、関連付けられています。 Daniel Pyzakは説明する:”それらは多数の製造工程に役立つ軽量工学のための設計技術である: 製粉し、投げ、および付加的な製造業。”要するに、生成設計の最終目標は、手元の計算方法とリソースを使用して、パフォーマンス要件をより良く、より速く、より軽く満たす設計に到達することです。 トポロジー最適化は、健全な数値法を使用して材料分布を最適化することに焦点を当てた実証済みの生成設計法に他なりません。 トポロジー最適化から得られる最適化された形状は、従来のプロセスを使用して製造することが非常に不可能な場合があります。

しかし、Ravi Kunjuは、設計を変更し、各バリエーションを無限に探索することは、高価で時間がかかり、さらには最適ではない可能性があると付け加えています。 「制約が多すぎると、最適解に到達しない可能性があります。 このようなDOE(実験の設計)、確率的方法、遺伝的アルゴリズム、ニューラルネットワークなどの設計を駆動するために利用可能な多くの数値技術や方法があ これらはすべて長所と短所があり、設計研究と合成(DSS)に分類できます。”

添加剤製造のための設計

Altairのソフトウェアソリューションのおかげで、AP Works(エアバス子会社)は、オートバイ用の3Dプリントフレームを設計しました。 トポロジー最適化により、部品の最終重量を30%削減することができました|クレジット:Altair

最後に、私たちの専門家は、構造的な完全性を維持しながら部品の重量を削減することを目的としているため、最適化の一形態である格子構造の概念に焦点を当てました。 格子は頻繁に蜜蜂の巣構造と比較される結び目および網のネットワーク、従来の製造方法を使用して得にくい設計の作成によって働く。 このような設計の利点は多くありますが、覚えておくべき主なポイントは、最適な強度対重量比を提供することです。 そのような技術はまた循環で興味深い衝撃吸収性および影響の保護を、特に、例えば提供する。

添加物製造のための設計

ダッソー-システムズのCATIAソフトウェアを使用して設計された格子構造の例|クレジット: Dassault Systèmes

DfAM技術が後処理に与える影響は何ですか?

大多数のユーザーにとって、後処理はしばしば時間がかかり、困難なプロセスと考えられています。 このため、設計プロセスの最初から、これらのステップをできるだけ最小限に抑えることが重要です。 Ravi Kunju氏は、3D印刷の後処理には、熱、機械、熱機械の3つの主要なタイプがあると説明しています。 “熱後処理は残留圧力の部分を取り除き、場合によっては結晶粒構造を変える。 機械後処理はサポート構造および終わり/ドリル/製造所の穴等を取除きます。 熱機械後処理は熱いiso静的な押すこと(HIP)のようであることができます。”

実際には、Daniel Pyzakは、特に金属添加剤製造において、3D印刷サポートの数を減らす(あるいはそれらを排除する)ことをアドバイスしています。 “もう一つの方法は、これらのサポート(これは機械オペレータの仕事ではなく、設計者の仕事です)を部品自体の設計に統合することです。 ここでは、それらを削除する必要はありません! 今日では、このように設計されている部品はほとんどありませんが、それは間違いなく有望なアイデアです。”

Additive Manufacturingのための設計

8つのコンポーネントを1つのパーツ|クレジットに統合する生成設計の結果の別の例:Autodesk

Peter Rogersは次のように結論づけています。 困難な大規模な組織では、様々な背景を持つ人々とワーキンググループをまとめることは、部品を改善し、もともと”思考リーダーシップ”技術として実装されていたものをかけがえのない生産技術に変えるための新しい革新的な方法を見つけるのに役立ちます。”

*カバー画像クレジット:HP/Motus

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