Jak zaprojektować produkcję addytywną: eksperci udzielają porad!

jak wiadomo, element obrabiany nie jest zaprojektowany w taki sam sposób, jak element drukowany 3D: każdy proces produkcyjny jest związany z techniką projektowania. W produkcji addytywnej istnieją bardzo specyficzne zasady projektowania i narzędzia, które pozwolą na stworzenie zoptymalizowanego projektu, gotowego do druku 3D. Metody te są ogólnie pogrupowane pod pojęciem Design for Additive Manufacturing (DfAM)-opracowanym w celu optymalizacji wydajności funkcjonalnej części w jak największym stopniu, ale także jej kosztów, niezawodności i innych czynników cyklu życia produktu. Obecnie stosuje się kilka technik, takich jak projektowanie generatywne, optymalizacja topologii czy tworzenie struktur sieciowych. Jak wybrać odpowiednią metodę projektowania, aby zoptymalizować cały proces projektowania części drukowanej 3D? Poprosiliśmy trzech ekspertów ds. produkcji addytywnej o ich opinię w tej sprawie!

aby odpowiedzieć na problemy związane z DfAM, zadaliśmy kilka pytań Ravi Kunju, SVP, Strategy and Business Development w Altair; Daniel Pyzak, Director, EMEA CATIA Competency Center w Dassault Systèmes; i last but not least Peter Rogers, APAC Product Specialist for Additive Manufacturing w Autodesk.

Ravi Kunju
Daniel Pyzak
Peter Rogers

co decyduje o tym, którą technikę DfAM stosuje?

w pewnym kontekście, dfam pojawił się z powodu ogromnej swobody projektowania i unikalnych możliwości oferowanych przez technologie AM, w przeciwieństwie do tradycyjnych metod, takich jak obróbka CNC, gdzie niektóre projekty są po prostu niemożliwe do wykonania. Peter Rogers wyjaśnia w tej kwestii: „na dodatek, pytanie” Czy możemy to zrobić?”często odpowiada „tak”. Chociaż można coś zrobić, nie oznacza to, że powinno się to robić w ten sposób. Zespoły produkcyjne i produkcyjne budują swoje zrozumienie najlepszych praktyk wokół AM.”

na początku ważne jest, aby pamiętać, że wybrana technika projektowania będzie zależeć od zastosowanej technologii. Ravi Kunju jest całkiem jasny: „to proces dyktuje, jak część jest przygotowywana i jak jest zakończona.”Jeśli posiadasz drukarkę 3D FDM, nie stworzysz swojej części w taki sam sposób, jak gdybyś posiadał drukarkę 3D metal lub SLS. Począwszy od samej technologii, unikniesz pewnych błędów, co pozwoli Ci lepiej zoptymalizować wykończenie powierzchni, zmaksymalizować właściwości mechaniczne części i ułatwić jej czyszczenie, co z kolei oznacza oszczędność czasu, materiału i pieniędzy. Daniel Pyzak z firmy Dassault dodaje: „istnieje wiele zasad, których należy przestrzegać na etapie projektowania, aby uzyskać odpowiedni projekt do druku 3D: zasady te w dużym stopniu zależą od maszyny (wielkość pojemności, rodzaj technologii, materiał itp.) „

Weźmy na przykład druk Metalowy 3D, a dokładniej technologię fuzji laserowej złoża proszku. Ravi Kunju wyjaśnia: „na przykład w selektywnym procesie topienia laserowego do drukowania metalu wymagana jest struktura nośna podczas drukowania powierzchni poniżej 45 stopni. W przeciwnym razie jakość powierzchni zwróconej w dół może być bardzo słaba. Konstrukcje wsporcze są drogie w drukowaniu i usuwaniu, biorąc pod uwagę, że należy je odjąć od końcowej części. Najlepszym podejściem jest tworzenie projektów, które mają minimalne struktury nośne. Należy dodać ograniczenie, aby zapewnić, że struktura, która jest generowana, ma powierzchnie znacznie powyżej kąta 45 stopni od poziomu.”Minimalizacja liczby podpór jest zatem ważnym krokiem w DfAM, punkcie, który może być również stosowany w innych technologiach druku 3D.

Projektowanie dla produkcji addytywnej

Peter Rogers wyjaśnia, że ekscytująca nowa technologia może porównać wyniki przy użyciu druku 3D, obróbki 2.5, 3, 5-osiowej i innych metod produkcji w celu określenia, które części są odpowiednie dla am | Credits: Autodesk

jakie są projekty dla technik wytwarzania addytywnego?

zrozumienie, w jaki sposób dana część zostanie użyta i jaki jest jej cel, ma kluczowe znaczenie przy wyborze techniki(technik) projektowania – innymi słowy, DfAM jest świetnym sposobem na dodanie funkcjonalności. Peter Rogers wyjaśnia bardziej szczegółowo: „na przykład duży nacisk kładziony jest na projektowanie generatywne i optymalizację topologii w lotnictwie i lotnictwie części o znaczeniu krytycznym, co częściowo wynika z wymogu łatwej kontroli pęknięć. W przypadku krat, sekcje wewnętrzne nie mogą być łatwo kontrolowane, co oznaczałoby, że trwające wady przeważyłyby nad korzyściami. Jednak w wyrobach medycznych kształt jest stosunkowo ustalony,a kraty są bardziej funkcjonalne dla osseointegracji, więc większość DfAM odbywa się za pomocą kraty.”

prawdopodobnie słyszałeś już o optymalizacji topologii i projektowaniu generatywnym. W rzeczywistości obie techniki są często powiązane. Daniel Pyzak wyjaśnia: „są to technologie projektowe dla lekkiej inżynierii obsługujące wiele procesów produkcyjnych: frezowanie, Odlewanie i wytwarzanie addytywne.”Krótko mówiąc, ostatecznym celem projektowania generatywnego jest uzyskanie projektu, który lepiej, szybciej i lżejszy spełnia wymagania wydajnościowe, przy użyciu dostępnych metod obliczeniowych i zasobów. Optymalizacja topologii to nic innego jak sprawdzona generatywna metoda projektowania, która koncentruje się na optymalizacji rozkładu materiału przy użyciu solidnych metod numerycznych. Zoptymalizowane kształty uzyskane dzięki optymalizacji topologii są często niemożliwe do wytworzenia przy użyciu tradycyjnych procesów.

jednak Ravi Kunju dodaje, że modyfikowanie projektów i eksplorowanie każdej odmiany może być kosztowne, czasochłonne, a nawet nieoptymalne. „Jeśli istnieje zbyt wiele ograniczeń, może nigdy nie dojść do optymalnego rozwiązania. Istnieje wiele technik i metod numerycznych dostępnych do kierowania projektami, takich jak DOE (projektowanie eksperymentów), metody stochastyczne, algorytmy genetyczne, sieci neuronowe itp., z których wszystkie mają swoje mocne i słabe strony i mogą być klasyfikowane jako badania projektowe i synteza (DSS).”

Projektowanie dla produkcji addytywnej

dzięki rozwiązaniom programowym Altair, AP Works (spółka zależna od Airbusa) zaprojektowała ramę drukowaną 3D dla swojego motocykla. Dzięki optymalizacji topologii udało im się zmniejszyć ostateczną wagę części o 30% | kredyty: Altair

wreszcie nasi eksperci skupili się na koncepcji konstrukcji kratowych, która jest formą optymalizacji, ponieważ ma na celu zmniejszenie masy części przy zachowaniu jej integralności strukturalnej. Kraty działają poprzez tworzenie sieci oczek i sęków, które są często porównywane do struktury plastra miodu, projektu, który jest trudny do uzyskania przy użyciu tradycyjnych metod produkcji. Zalety takiego projektu są liczne, ale głównym punktem do zapamiętania jest to, że oferują optymalny stosunek wytrzymałości do masy. Taka technika zapewnia również amortyzację i ochronę przed uderzeniami, szczególnie interesującą na przykład w jeździe na rowerze.

projekt do produkcji addytywnej

przykład konstrukcji kratowej zaprojektowanej przy użyciu oprogramowania CATIA firmy Dassault Systèmes: Dassault Systèmes

jaki jest wpływ technik DfAM na przetwarzanie końcowe?

dla większości użytkowników przetwarzanie końcowe jest często uważane za czasochłonny i trudny proces. Dlatego ważne jest, aby zminimalizować te kroki w jak największym stopniu, od samego początku procesu projektowania. Ravi Kunju wyjaśnia, że istnieją trzy główne rodzaje obróbki końcowej druku 3D: termiczna, mechaniczna i termo-mechaniczna. „Termiczna obróbka końcowa łagodzi część naprężeń resztkowych, a w niektórych przypadkach zmienia strukturę ziarna. Mechaniczna obróbka końcowa usuwa konstrukcję nośną i wykończenie/wiercenie/frezowanie otworów itp. Obróbka cieplno-mechaniczna może być jak gorące tłoczenie iso-statyczne (HIP).”

właściwie Daniel Pyzak radzi zmniejszyć liczbę podpór druku 3D (a nawet je wyeliminować), zwłaszcza w produkcji addytywnej metali. Dodaje: „innym sposobem jest zintegrowanie tych podpór (jest to zadanie projektanta, a nie operatora maszyny) z projektem samej części. Tutaj nie trzeba ich usuwać! Obecnie bardzo niewiele części jest projektowanych w ten sposób, ale jest to zdecydowanie obiecujący pomysł.”

Projektowanie dla wytwarzania przyrostowego

kolejny przykład wyników projektowania generatywnego, konsolidującego 8 komponentów w 1 część | kredyty: Autodesk

Peter Rogers podsumowuje: „kluczem do najlepszego wykorzystania sprzętu będzie jak najszybsze wprowadzenie wiedzy o AM do wstępnego procesu projektowania. W dużych organizacjach, które mogą być trudne, więc stworzenie grupy roboczej z ludźmi z różnych środowisk może pomóc znaleźć nowe, innowacyjne sposoby ulepszania części i włączyć to, co zostało pierwotnie wdrożone jako technologia „thought leadership” w niezastąpioną technologię produkcji.”

*cover Picture Credits: HP/Motus

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.