Hur man designar för additiv tillverkning: experter ger sina råd!

som du vet är ett bearbetningsstycke inte utformat på samma sätt som ett 3D-tryckt stycke: varje tillverkningsprocess är förknippad med en designteknik. I additiv tillverkning finns det mycket specifika designregler och verktyg som gör att du kan skapa en optimerad design, redo för 3D-utskrift. Dessa metoder grupperas vanligtvis under termen Design för additiv tillverkning (DfAM) – utvecklad för att optimera delens funktionella prestanda så mycket som möjligt, men också dess kostnad, tillförlitlighet och andra produktlivscykelhänsyn. Flera tekniker används idag, såsom generativ design, topologioptimering eller skapande av gitterstrukturer. Hur väljer man rätt designmetod för att optimera hela designprocessen för en 3D-tryckt del? Vi bad tre experter på additiv tillverkning om deras åsikt i frågan!

för att svara på frågorna relaterade till DfAM ställde vi några frågor till Ravi Kunju, SVP, strategi och affärsutveckling på Altair; Daniel Pyzak, Director, EMEA Catia Competency Center på Dassault Syst Brasilimes; och sist men inte minst Peter Rogers, APAC-Produktspecialist för additiv tillverkning på Autodesk.

Ravi Kunju
Daniel Pyzak
Peter Rogers

vad dikterar vilken dfam-teknik som används?

för vissa sammanhang uppstod DfAM på grund av den enorma designfriheten och unika funktioner som tillhandahålls av AM-teknik, i motsats till traditionella metoder som CNC-bearbetning, där vissa mönster helt enkelt är omöjliga att tillverka. Peter Rogers utarbetar på denna punkt: ”för additiv, frågan” Kan vi göra det?’besvaras ofta av ett ’ja’. Även om det är möjligt att göra något, betyder det inte att det ska göras på det sättet. Produktions-och tillverkningsteam bygger upp sin förståelse för de bästa metoderna kring AM.”

till att börja med är det viktigt att komma ihåg att den valda designtekniken beror på vilken teknik som används. Ravi Kunju är helt klart: ”det är processen som dikterar hur en del förbereds och hur den är klar.”Om du äger en FDM 3D-skrivare skapar du inte din del på samma sätt som om du ägde en metall-eller SLS 3D-skrivare. Med utgångspunkt från själva tekniken kommer du att undvika vissa fel och det gör att du bättre kan optimera din ytfinish, maximera de mekaniska egenskaperna hos din del och underlätta rengöringen, vilket i sin tur innebär att du sparar tid, material och pengar. Daniel Pyzak från Dassault tillägger: ”Det finns många regler att följa under designfasen för att få en korrekt design för 3D-utskrift: dessa regler beror starkt på maskinen (kapacitetsstorlek, typ av teknik, material etc.) ”

ta till exempel metall 3D-utskrift, och mer exakt Laserpulverbädds fusionsteknik. Ravi Kunju förklarar: ”i en selektiv lasersmältningsprocess för att skriva ut metall krävs till exempel en stödstruktur vid utskrift av ytor som är under 45 grader. Annars kan den nedåtvända ytkvaliteten vara mycket dålig. Stödstrukturer är dyra att skriva ut och ta bort, med tanke på att de måste subtraheras från den sista delen. Det bästa sättet är att skapa mönster som har minimala stödstrukturer. Man måste lägga till en begränsning för att säkerställa att strukturen som genereras har ytor långt över 45 graders vinkel från horisontalen.”Att minimera antalet stöd är därför ett viktigt steg i DfAM, en punkt som också kan tillämpas på andra 3D-utskriftsteknologier.

 Design för additiv tillverkning

Peter Rogers förklarar att en spännande ny teknik kan jämföra resultaten om man använder 3D-utskrift, 2.5, 3, 5-axlig bearbetning och andra tillverkningsmetoder för att bestämma vilka delar som är lämpliga för AM | Credits: Autodesk

Vad är designen för additiv tillverkningstekniker?

att förstå hur en del ska användas och vad som är dess syfte är av avgörande betydelse när man väljer vilken designteknik som ska tillämpas-DfAM är med andra ord ett bra sätt att lägga till funktionalitet. Peter Rogers förklarar mer detaljerat: ”det finns till exempel ett starkt fokus på generativ design och topologioptimering för flyg-och rymdkritiska delar, vilket delvis härrör från kravet på att kunna göra enkla sprickinspektioner. Med gitter kan de inre sektionerna inte lätt inspekteras, vilket skulle innebära att de pågående nackdelarna skulle uppväga fördelarna. Men i medicintekniska produkter är formen relativt inställd på plats, och gitter är mer funktionella för osseointegration, så de flesta DfAM görs med gitter.”

du har förmodligen hört talas om topologioptimering och generativ design tidigare. Faktum är att båda teknikerna ofta är associerade. Daniel Pyzak förklarar: ”de är designtekniker för lättviktsteknik som betjänar flera tillverkningsprocesser: fräsning, gjutning och additiv tillverkning.”Kort sagt, det slutliga målet med generativ design är att komma fram till en design som uppfyller prestandakraven bättre, snabbare och lättare, med hjälp av beräkningsmetoder och resurser till hands. Topologioptimering är ingen ringare än en beprövad generativ designmetod som fokuserar på att optimera materialfördelning med hjälp av ljud numeriska metoder. De optimerade formerna du får från topologioptimering är ofta omöjliga att tillverka med traditionella processer.

Ravi Kunju tillägger dock att det kan vara dyrt, tidskrävande och till och med suboptimalt att ändra mönster och utforska varje variation oändligt. ”Om det finns för många begränsningar kan man aldrig komma fram till en optimal lösning. Det finns många numeriska tekniker och metoder tillgängliga för att driva mönster, såsom DOE (design of experiments), stokastiska metoder, genetiska algoritmer, neurala nätverk etc., som alla har sina styrkor och svagheter och kan klassificeras som designstudie och syntes (DSS).”

Design för additiv tillverkning

tack vare Altairs mjukvarulösningar designade AP Works (ett Airbus-dotterbolag) en 3D-tryckt ram för sin motorcykel. Med topologioptimering kunde de minska delens slutliga vikt med 30% / poäng: Altair

slutligen fokuserade våra experter på begreppet gitterstrukturer, vilket är en form av optimering eftersom det syftar till att minska vikten på en del samtidigt som den bibehåller sin strukturella integritet. Gitter fungerar genom att skapa ett nätverk av maskor och knutar som ofta jämförs med en bikakestruktur, en design som är svår att få med traditionella tillverkningsmetoder. Fördelarna med en sådan design är många, men den viktigaste punkten att komma ihåg är att de erbjuder ett optimalt förhållande mellan styrka och vikt. En sådan teknik erbjuder också stötdämpning och slagskydd, särskilt intressant i cykling, till exempel.

 Design för additiv tillverkning

exempel på en gitterstruktur utformad med Dassault Syst: Dassault Syst Brasilimes

Vad är effekten av dfam-tekniker på efterbehandling?

för de flesta användare anses efterbehandling ofta vara en tidskrävande och svår process. Det är därför det är viktigt att minimera dessa steg så mycket som möjligt, från början av designprocessen. Ravi Kunju förklarar att det finns tre huvudtyper av efterbehandling för 3D-utskrift: termisk, mekanisk och termomekanisk. ”Termisk efterbehandling lindrar delen av restspänningar och förändrar i vissa fall kornstrukturen. Mekanisk efterbehandling tar bort stödstrukturen, och finish/borr/Kvarn hål etc. Termomekanisk efterbehandling kan vara som varm iso-statisk pressning (höft).”

egentligen rekommenderar Daniel Pyzak att minska antalet 3D-utskriftsstöd (eller till och med eliminera dem), särskilt vid tillverkning av metalladditiv. Han tillägger: ”ett annat sätt är att integrera dessa stöd (Detta är designerns jobb, inte maskinoperatörens) i själva delens design. Här behöver du inte ta bort dem! Idag är det väldigt få delar som utformas på detta sätt, men det är definitivt en lovande ide.”

Design för additiv tillverkning

ett annat exempel på resultaten av generativ design, konsolidering av 8 komponenter i 1 del | poäng: Autodesk

Peter Rogers avslutar: ”att ta in am-kunskapen så tidigt i den ursprungliga designprocessen som möjligt kommer att vara nyckeln till att bäst utnyttja hårdvaran. I stora organisationer kan det vara svårt, så att sätta ihop en arbetsgrupp med människor med olika bakgrund kan hjälpa till att hitta nya, innovativa sätt att förbättra delar och förvandla det som ursprungligen implementerades som ”tankeledarskap” – teknik till en oersättlig produktionsteknik.”

* omslagsbild krediter: HP / Motus

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.