Hoe te ontwerpen voor additieve productie: Experts geven hun advies!

zoals u weet, wordt een bewerkingsstuk niet op dezelfde manier ontworpen als een 3D-geprint stuk: elk fabricageproces wordt geassocieerd met een ontwerptechniek. In additive manufacturing zijn er zeer specifieke ontwerpregels en tools waarmee u een geoptimaliseerd ontwerp kunt maken, klaar voor 3D-printen. Deze methoden worden over het algemeen gegroepeerd onder de term Design for Additive Manufacturing (DfAM) – ontwikkeld om de functionele prestaties van het onderdeel zo veel mogelijk te optimaliseren, maar ook de kosten, betrouwbaarheid en andere levenscyclusoverwegingen van het product. Verschillende technieken worden vandaag gebruikt, zoals generatief ontwerp, topologieoptimalisatie of het creëren van roosterstructuren. Hoe kies je de juiste ontwerpmethode om het gehele ontwerpproces van een 3D geprint onderdeel te optimaliseren? We vroegen drie experts op het gebied van additive manufacturing naar hun mening! Om de problemen met DfAM te beantwoorden, stelden we enkele vragen aan Ravi Kunju, SVP, Strategy and Business Development bij Altair; Daniel Pyzak, directeur EMEA CATIA Competency Center bij Dassault Systèmes; en last but not least Peter Rogers, APAC Product Specialist voor Additive Manufacturing bij Autodesk.

Ravi Kunju
Daniel Pyzak
Peter Rogers

wat bepaalt welke DfAM-techniek wordt gebruikt? Voor een bepaalde context is DfAM ontstaan vanwege de enorme ontwerpvrijheid en unieke mogelijkheden die AM-technologieën bieden, in tegenstelling tot traditionele methoden zoals CNC-bewerking, waarbij sommige ontwerpen eenvoudigweg onmogelijk te vervaardigen zijn. Peter Rogers gaat verder op dit punt: “voor Additief, de vraag ‘Kunnen we dat doen?’wordt vaak beantwoord met een’ja’. Hoewel het haalbaar is om iets te doen, betekent het niet dat het moet worden gedaan op die manier. Productie-en productieteams bouwen hun begrip van de best practices rond AM uit.”

om te beginnen is het belangrijk te onthouden dat de gekozen ontwerptechniek(en) afhangt van de gebruikte technologie. Ravi Kunju is heel duidelijk: “het is het proces dat bepaalt hoe een onderdeel wordt voorbereid en hoe het wordt afgewerkt.”Als je een FDM 3D-printer hebt, maak je je onderdeel niet op dezelfde manier als wanneer je een metalen of SLS 3D-printer hebt. Uitgaande van de technologie zelf, zult u bepaalde fouten te voorkomen en dit zal u toelaten om beter te optimaliseren van uw oppervlakte-afwerking, maximaliseren van de mechanische eigenschappen van uw onderdeel en vergemakkelijken de reiniging, die op zijn beurt betekent het besparen van tijd, materiaal en geld. Daniel Pyzak van Dassault voegt hieraan toe: “er zijn veel regels die je moet volgen tijdens de ontwerpfase om een goed ontwerp voor 3D-printen te krijgen: deze regels zijn sterk afhankelijk van de machine (capaciteitsgrootte, type technologie, materiaal, enz.) “

Neem bijvoorbeeld metaal 3D printen, en meer bepaald Laser Poeder Bed Fusion technologie. Ravi Kunju legt uit: “in een selectief lasersmeltproces voor het printen van metaal is bijvoorbeeld een draagstructuur nodig bij het printen van oppervlakken onder de 45 graden. Anders kan de naar beneden gerichte oppervlaktekwaliteit zeer slecht zijn. Draagstructuren zijn duur om te printen en te verwijderen, gezien ze moeten worden afgetrokken van het laatste deel. De beste aanpak is om ontwerpen te maken die minimale draagstructuren hebben. Men moet een beperking toevoegen om ervoor te zorgen dat de structuur die wordt gegenereerd oppervlakken heeft ruim over de hoek van 45 graden ten opzichte van de horizontale.”Het minimaliseren van het aantal dragers is daarom een belangrijke stap in DfAM, een punt dat ook kan worden toegepast op andere 3D-printtechnologieën.

Design for Additive Manufacturing

Peter Rogers legt uit dat een opwindende nieuwe technologie de resultaten kan vergelijken bij gebruik van 3D-printen, 2,5 -, 3-en 5-assige bewerkingen en andere productiemethoden om te bepalen welke onderdelen geschikt zijn voor AM / Credits: Autodesk

Wat zijn de ontwerpen voor Additive Manufacturing technieken?

begrijpen hoe een onderdeel zal worden gebruikt en wat het doel ervan is, is van cruciaal belang bij het kiezen van de ontwerptechniek(en) die moet worden toegepast – met andere woorden, DfAM is een geweldige manier om functionaliteit toe te voegen. Peter Rogers legt in meer detail uit: “Er is bijvoorbeeld een sterke focus op generatief ontwerp en topologieoptimalisatie voor missiekritische onderdelen in de luchtvaart en de lucht-en ruimtevaart, wat deels voortkomt uit de eis om eenvoudige crack-inspecties te kunnen uitvoeren. Bij roosters kunnen de interne secties niet gemakkelijk worden geïnspecteerd, wat zou betekenen dat de aanhoudende nadelen opwegen tegen de voordelen. Echter, in medische apparaten, de vorm is relatief ingesteld op zijn plaats, en roosters zijn meer functioneel voor osseointegratie, dus de meeste DfAM wordt gedaan met behulp van latticing.”

u hebt waarschijnlijk al eerder gehoord van topologieoptimalisatie en generatief ontwerp. In feite worden beide technieken vaak geassocieerd. Daniel Pyzak legt uit :” het zijn ontwerptechnologieën voor lichtgewicht engineering die meerdere productieprocessen bedienen: frezen, gieten en additieve productie.”Kortom, het uiteindelijke doel van generative design is om te komen tot een ontwerp dat beter, sneller en lichter voldoet aan prestatie-eisen, met behulp van computationele methoden en middelen bij de hand. Topologieoptimalisatie is niets minder dan een bewezen generatieve ontwerpmethode die is gericht op het optimaliseren van materiaaldistributie met behulp van geluid numerieke methoden. De geoptimaliseerde vormen die u krijgt van topologieoptimalisatie zijn vaak onmogelijk om te produceren met behulp van traditionele processen. Ravi Kunju voegt er echter aan toe dat het duur, tijdrovend en zelfs suboptimaal kan zijn om ontwerpen te wijzigen en elke variatie oneindig te verkennen. “Als er te veel beperkingen zijn, komt men misschien nooit tot een optimale oplossing. Er zijn vele numerieke technieken en methodes beschikbaar om de ontwerpen, zoals DOE (ontwerp van experimenten), stochastische methodes, genetische algoritmen, neurale netwerken enz.te drijven., die allemaal hun sterke en zwakke punten hebben en kunnen worden geclassificeerd als design study and synthesis (DSS).”

Design For Additive Manufacturing

dankzij Altair ‘ s software solutions ontwierp AP Works (een dochteronderneming van Airbus) een 3D-geprint frame voor zijn motorfiets. Met topologieoptimalisatie konden ze het uiteindelijke gewicht van het onderdeel met 30% | Credits verminderen: Altair

ten slotte richtten onze experts zich op het concept van roosterstructuren, wat een vorm van optimalisatie is omdat het erop gericht is het gewicht van een onderdeel te verminderen met behoud van zijn structurele integriteit. Latticing werkt door het creëren van een netwerk van mazen en knopen die vaak worden vergeleken met een honingraatstructuur, een ontwerp dat moeilijk te verkrijgen is met behulp van traditionele productiemethoden. De voordelen van een dergelijk ontwerp zijn talrijk, maar het belangrijkste punt om te onthouden is dat ze een optimale sterkte-gewichtsverhouding bieden. Zo ‘ n techniek biedt ook schokabsorptie en schokbescherming, vooral interessant in bijvoorbeeld fietsen.

ontwerp voor additieve fabricage

voorbeeld van een roosterstructuur die is ontworpen met behulp van de CATIA-software | Credits van Dassault Systèmes: Dassault Systèmes

Wat is het effect van DFAM-technieken op nabewerking?

voor de meerderheid van de gebruikers wordt postverwerking vaak beschouwd als een tijdrovend en moeilijk proces. Daarom is het belangrijk om deze stappen zo veel mogelijk te minimaliseren, vanaf het allereerste begin van het ontwerpproces. Ravi Kunju legt uit dat er drie belangrijke soorten nabehandeling voor 3D-printen zijn: thermisch, mechanisch en thermo-mechanisch. “Thermische nabewerking ontlast het deel van de restspanningen en verandert in sommige gevallen de korrelstructuur. De mechanische nabewerking verwijdert de steunstructuur, en beëindigt/boor / molengaten enz. Thermo-mechanische nabewerking zou kunnen zijn als heet iso-statisch persen (HIP).”

eigenlijk adviseert Daniel Pyzak om het aantal 3D-printondersteuning te verminderen (of zelfs te elimineren), vooral in de additieve productie van metalen. Hij voegt hieraan toe: “een andere manier is om deze steunen te integreren (dit is de taak van de ontwerper, niet die van de machine operator) in het ontwerp van het onderdeel zelf. Hier, niet nodig om ze te verwijderen! Vandaag de dag worden er maar weinig onderdelen op deze manier ontworpen, maar het is zeker een veelbelovend idee.”

Design for Additive Manufacturing

een ander voorbeeld van de resultaten van generatief ontwerp, waarbij 8 componenten worden samengevoegd tot 1 deel | Credits: Autodesk

Peter Rogers concludeert: “de AM-kennis zo vroeg mogelijk in het initiële ontwerpproces brengen zal de sleutel zijn om de hardware optimaal te benutten. In grote organisaties kan dat moeilijk zijn, dus het samenstellen van een werkgroep met mensen met verschillende achtergronden kan helpen om nieuwe, innovatieve manieren te vinden om onderdelen te verbeteren en om te zetten wat oorspronkelijk werd geïmplementeerd als “thought leadership” technologie in een onvervangbare productietechnologie.”

*Cover Picture Credits: HP / Motus

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.