Mengoptimalkan Fixture dan Alat Cetak untuk Manufaktur Aditif
Meskipun pertumbuhan pesat manufaktur aditif, banyak perusahaan belum sepenuhnya mengadopsinya untuk desain fixture. Fixture tradisional tetap dibentuk oleh keterbatasan CNC 3-sumbu dan pemesinan manual, alat paling umum di sebagian besar bengkel produksi.
Untuk tetap bersaing, produsen sering membangun fixture yang besar dan mahal. Tujuannya adalah meminimalkan waktu mesin dan mengalihkan fokus ke produksi produk pelanggan. Akibatnya, produksi fixture dianggap sebagai aktivitas yang tidak menambah nilai, meskipun penting untuk output akhir.
Tantangan yang paling sering kita dengar melibatkan waktu mesin—sering diukur dalam minggu—dan kekurangan operator terampil. Bahkan ketika mesin tersedia, menyiapkan kode atau memesin fixture secara manual memerlukan tukang mesin yang terlatih, yang meningkatkan biaya tenaga kerja.
Meskipun kami spesialis dalam bagian kompleks dengan geometri organik, fixture standar “blok pada plat” masih prevalen. Status quo ini mengakibatkan waktu produksi yang lama, jejak penyimpanan yang besar, dan rasio biaya terhadap bagian yang tinggi saat menghitung tenaga kerja dan waktu mesin.
Perbaikan Cepat Aditif
Sebagai respons, banyak produsen telah beralih ke manufaktur aditif sebagai solusi cepat untuk keterbatasan waktu dan sumber daya internal. Dengan mencetak fixture langsung, mereka menghilangkan antrian, memendekkan waktu produksi, dan memungkinkan produksi berkelanjutan tanpa pengawasan 24 jam.
Pendekatan ini juga memotong biaya fixture dan melepaskan bengkel dari tenaga kerja manual, sambil menawarkan manfaat ergonomis dibandingkan alternatif logam padat. Survei kami terhadap pengguna FDM mengungkapkan banyak desain semacam itu.
Satu klien memproduksi 12 fixture aluminium per tahun. Dengan metode tradisional, setiap fixture biaya lebih dari $3.000 dan memerlukan waktu 4–6 minggu untuk diperoleh. Outsourcing umum di bengkel sibuk seperti itu.
Sebaliknya, fixture ABS dicetak 3D padat biaya $190 dan siap dalam sekitar 19 jam—kurang dari satu hari.
Menerapkan prinsip desain-untuk-aditif dapat mengurangi biaya lebih lanjut menjadi $76 dan waktu cetak menjadi 11 jam—mencapai pengurangan biaya 60% dan penghematan waktu 42% dibandingkan desain tradisional.
Kesalahan Umum saat Merancang untuk Manufaktur Aditif
Sebelum membahas praktik terbaik, penting untuk mengklarifikasi istilah “desain untuk aditif.” Ini adalah konsep luas yang harus disesuaikan dengan printer dan bahan tertentu. Setiap teknologi pencetakan 3D—FDM, SLA, PolyJet, Binder Jet, DMLS, dll.—memiliki keterbatasan dan praktik terbaik unik.
Beberapa desainer salah mengira manufaktur aditif memecahkan semua masalah. Meskipun serbaguna, ini bukan pilihannya sempurna. Misalnya, bagian murah siap pakai—baut, baut—masih mungkin lebih hemat untuk dibeli daripada dicetak.
Kesalahan Umum
Dua jebakan umum adalah pengolahan cangkang dan pengbohongan bagian FDM. Alih-alih meminimalkan pengisi, desainer sering menciptakan rongga internal besar untuk menghemat bahan.
Pengbohongan mengurangi bahan sedikit tetapi dapat secara dramatis meningkatkan waktu cetak dan mungkin menangkap bahan penopang yang tidak dapat dikeluarkan.
6 Aturan Desain-untuk-Aditif untuk FDM
Di bawah ini adalah enam aturan sederhana yang dapat secara dramatis memotong waktu cetak, penggunaan bahan, dan biaya untuk bagian FDM.
1. Sudut Mendukung Diri
Aturan 45 derajat menyatakan bahwa overhang kurang dari 45° dari vertikal tidak memerlukan penopang. Penyesuaian sederhana ini memotong bahan penopang dan mempercepat pencetakan. Perlu dicatat bahwa batasnya dapat bervariasi menurut bahan, biasanya antara 40° dan 60°.
2. Menghilangkan Bahan dari Fitur Besar
Pengolahan cangkang dapat mengurangi bobot, tetapi harus dilakukan secara strategis. Fokus pada permukaan yang bersanding—desain titik kontak terlebih dahulu, lalu optimalkan geometri di sekitarnya untuk mempertahankan kekuatan sambil menghilangkan bulk yang tidak perlu.
3. Kekuatan Selektif Berdasarkan Permukaan
Alat seperti GrabCAD Print memungkinkan Anda menetapkan kepadatan pengisi dan ketebalan dinding ke permukaan atau badan tertentu. Ini memungkinkan Anda untuk memperkuat hanya area kritis sambil menjaga bagian lain tetap ringan.
4. Kekuatan Selektif Berdasarkan Badan
Demikian pula, Anda dapat menetapkan tingkat pengisi yang berbeda untuk badan CAD terpisah. Menambahkan rib tipis atau struktur internal memberikan dukungan mekanis tanpa menambah bulk.
5. Insert Logam
Ketika bagian cetak akan mengalami aus, sematkan baut logam, pelat pengunci, atau insert berulir panas. Desain rongga dan jeda cetakan untuk memasukkan bagian, lalu lanjutkan. Pastikan sedikit excess bahan di sekitar lubang untuk penangkal yang aman.
Untuk insert panas, biarkan dinding tipis di sekitar lubang dan gunakan pemanas solder untuk mengamankan insert setelah cetakan.
6. Rangkaian Terintegrasi
Mencetak satu fixture terintegrasi menghilangkan kebutuhan untuk merakit beberapa bagian, mengurangi tenaga kerja dan potensi kesesuaian. Alat hibrid yang menggabungkan komponen dicetak 3D dengan pematang logam atau hidrolik lebih meningkatkan performa sambil memotong bobot.
Studi kasus: Genesis Systems mengganti alat ujung lengan berat dengan versi dicetak 3D yang ringan, memungkinkan penggunaan robot yang lebih kecil dan lebih murah. Ford meredesain fixture pemasang jendela aluminium besar menjadi alternatif dicetak 3D berat 7,5 lb yang mengintegrasikan saluran udara dan pematang sambil mempertahankan integritas struktural.
Ringkasan Desain-untuk-Aditif
Ringkasnya:
Manufaktur tradisional mendorong desain fixture, tetapi manufaktur aditif dapat memotong waktu produksi, biaya, dan meningkatkan ergonomi.
Kesalahan paham tentang desain aditif dapat mengakibatkan ketidakefisian; memahami printer dan bahan tertentu adalah kunci.
Hindari jebakan pengolahan cangkang dan pengbohongan yang meningkatkan penopang dan waktu cetak.
Terapkan enam aturan di atas untuk mengurangi penggunaan bahan, waktu cetak, dan meningkatkan performa bagian.
Optimalkan Desain Anda untuk Pencetakan 3D
Dari konsep hingga produksi—CADimensions memandu Anda setiap langkah.
