SKAPE DEL

Design for additiv produksjon (DFAM) 

Når man designer for 3D-printing (AM) er det viktig, men også vanskelig å frigjøre sinnet fra vanlige konstruksjonsbegrensninger (designfrihet) for å lage ny og forbedret design som utnytter fordelene med den nye konstruksjonsmetoden.  

Når man produserer den digitale komponenten er en metode å se bort fra alle produksjonsdetaljer og tenke nytt på komponentens begrensninger og formål.  Topologi-optimalisering er et eksempel på å tenke nytt. 

“Topologioptimalisering finner den beste distribusjonen av materiale gitt et optimeringsmål og et sett med begrensninger.” – Steven Hale

Som et eksempel i figuren nedenfor er begrensninger satt, og retning og styrke for krefter er satt. Programvare (f.eks. ParetoWorks eller Solid works) har ofte «plugins» for å beregne den nødvendige geometrien til en del. Denne geometrien kan deretter tilpasses en CAD-modell (3D-modell) som også kan brukes til simuleringer og printing. Hvis det er en lokal del av komponenten som virker følsom for feil, er det mulig å lokalt overdimensjonere den aktuelle delen for å sikre komponentens holdbarhet. 

Andre aspekter ved DFAM er produksjonsevne, pålitelighet og kostnadsoptimalisering. Disse elementene er prosessrelaterte. Ekspertkunnskap er nødvendig under design prosessen og under forberedelse til 3D-printing. 3D-printing gir unike muligheter, f.eks. tilpasning, forbedring av produktytelse og multifunksjonalitet, men muligens også lavere total produksjonskostnad og reservedelsproduksjon på avsidesliggende steder.

En guide for bruk av SLM -maskinen og designtrinnene før printing finner du her: 2_1 Guide for metal printing_English

DfAM eksempler 

For å illustrere fordelene ved 3D-printing ble følgende demonstratorer designet. En fullstendig rapport for disse finner du her: 

Report 1 for C3TS_Demonstration parts and DFAM(Design for additive manufacturing)

1. Klemme (for roboter) – topologioptimalisering 

DfAM brukes her til å designe en klemme i aluminium (AlSi10Mg) for demonstrasjonsformål (topologioptimalisering) med sikte på å redusere vekten som muliggjør høyere nyttelast. Designprosessen inkluderer: 

  1. Å lage en massemodell med begrensninger 
  2. Genererer en foreløpig 3D -geometri ved hjelp av ParetoWorks
  3. Design av endelig geometri (basert på tidligere topologioptimalisering) med tanke på produksjonsmetoden. Forhåndsteste modellen numerisk ved hjelp av Finite element analysis (FEA) og komponentens printbarhet. Støttestrukturer legges også til.

Etter disse trinnene følger 3D-print og etterbehandling. I dette tilfellet er komponenten 0,033 dm³ i volum og støttestrukturer er 0,005 dm³ (15%). Tid og kostnader for printing av fire deler samtidig er 16,5 timer til en pris på 1320 €. Etterbehandling innebærer fjerning fra bygge plate, fresing av bunnoverflate og glassblåsing med ~ 25 minutter/stykk. 

2. Gassblander – delkonsolidering 

Denne demonstrasjonsdelen (redusert montering) var spesielt designet for 3D-printing og har bare 2,2% støttemateriale. Designtiden var omtrent 12 timer, inkludert åtte komponenter konsolidert i ett stykke. Fire fot å stå, tre kanaler kombinerer gass til et dyseutløp, med kjøle-/oppvarmingskanaler som spiraler rundt delen. 

Mer om DfAM 

«DFAM er kombinasjonen av former, størrelser, geometriske mesostrukturer og materialkomposisjoner og mikrostrukturer for best å utnytte produksjonsprosessens evner for å oppnå ønsket ytelse og andre livssyklusmål.» -David W. Rosen 

Trinnene i DFAM er grovt delt inn i:

  1. Krav
  2. Produksjonsmetode og materiale
    1. Retningslinjer for prosess 
    2. Materialspesifikke retningslinjer og begrensninger 
  3. Optimalisering av geometri 
    1. Topologi optimalisering 
    2. Med tanke på de spesielle egenskapene ved produksjonsprosessen 
      1. Delorientering, støttestrukturer, toleranser, geometriske funksjoner min/maks størrelse, restspenning etc. 
    3. Minimere etterbehandling 
    4. Industriell design 

Inner structures

Ved 3D-printing er det mulig å lage avanserte indre strukturer, f.eks. 

  • kanaler for gass- eller væskestrømmer 
  • kanaler for innsetting av elektronikk som sensorer eller belysning 
  • indre strukturer 
    • fast 
    • gitter 
    • hul 
    • bioinspirert

Forberedelse til printing 

Når man justerer CAD-designet og forbereder printing, er det nødvendig med kunnskap om AM -prosessen siden det endelige resultatet og bygge kostnadene kan avhenge av bygge orientering og design av støttestrukturer. 

I dette forberedelsestrinnet i DFAM vil vi enten gi støtte eller direkte hjelpe til med å forberede komponentene for printing. Ytterligere retningslinjer vil senere bli produsert og lagt her for din bekvemmelighet. 

Det er mange ideer om hvordan man kan redusere tiden som trengs i designfasen av deler, og hvordan man kan gjøre den mer automatisk/støttende. 

Standarder 

ISO / ASTM52910-17: Standard Guidelines for Design for Additive Manufacturing 

VDI 3405 Part 3: Additive manufacturing processes, rapid prototyping – Design rules for part production using laser sintering and laser beam melting 

Gratis retningslinjer

Fraunhofer IWU: DESIGN FOR ADDITIVE MANUFACTURING – Guidelines and Case Studies for Metal Applications

Renishaw: Design for metal AM – a beginner’s guide

Materialise: Design guidelines 

VTT (Erin Komi): Design for Additive Manufacturing

VTT: Design guide for additive manufacturing of metal components by SLM process

European Additive Manufacturing Group (EuroAM)

Design Strategies for the Process of Additive Manufacturing (journal paper)