Desain Untuk Manufaktur Aditif Untuk Perlengkapan Dan Perkakas
Inilah mengapa merancang untuk manufaktur aditif masih belum diadopsi oleh sebagian besar perusahaan. Desain Perlengkapan Tradisional didorong oleh kemampuan dan keterbatasan alat berat yang kami gunakan untuk membuatnya. Pabrikan akan paling sering menggunakan CNC 3-sumbu atau peralatan mesin manual untuk membuat perlengkapan lantai bengkel.
Agar hemat waktu dan biaya, perlengkapan ini cenderung tetap sangat besar. Ini karena produsen ingin membatasi waktu yang dihabiskan untuk peralatan produksi, dan menghabiskan lebih banyak waktu untuk membuat produk pelanggan. Hal ini menyebabkan perusahaan memandang produksi perlengkapan sebagai aktivitas yang tidak memiliki nilai tambah, meskipun pentingnya mereka dalam menghasilkan produk akhir.
Masalah yang akhirnya dihadapi oleh pabrikan ini adalah waktu mesin mereka (yaitu paruh waktu) dan kurangnya sumber daya tenaga kerja yang tersedia. Waktu tunggu untuk mendapatkan suku cadang di toko mesin sering dihitung dalam hitungan minggu, dan ketika Anda akhirnya mendapatkan waktu mesin, Anda akhirnya mengganggu atau menunda sesuatu yang lain. Setelah Anda memiliki mesin, Anda akan memerlukan masinis untuk menulis kode atau secara manual melakukan pekerjaan itu sendiri. Jadi, Anda membutuhkan operator yang terampil yang mampu melakukan pekerjaan itu.
Meskipun kami umumnya memproduksi bagian kompleks dengan geometri organik, kami sering berakhir dengan desain perlengkapan "blok di atas piring". Namun, ini masuk akal. Kami ingin membatasi waktu yang kami gunakan untuk mesin kami dan bahan stok kami biasanya tersedia dalam bentuk batangan persegi, tabung, atau lembaran. Status quo ini memberi kami waktu tunggu yang lama, perlengkapan besar besar yang perlu disimpan di sekitar fasilitas kami, dan rasio biaya-untuk-bagian yang tinggi ketika kami mempertimbangkan biaya tenaga kerja dan waktu mesin.
"Perbaikan Cepat" Aditif
Menanggapi tantangan ini, banyak produsen telah mengadopsi solusi "perbaikan cepat" aditif. Mereka telah beralih ke manufaktur aditif untuk mencoba dan mengatasi tantangan waktu dan sumber daya internal.
Tanpa harus membuat perubahan desain apa pun, printer segera menawarkan katup pelepas pada antrian toko mesin dan memutar suku cadang lebih cepat, berjalan tanpa pengawasan siang dan malam. Ini memungkinkan produksi perlengkapan yang lebih murah, tidak memerlukan tenaga kerja manual sambil memanfaatkan berbagai bahan untuk memenuhi persyaratan suku cadang. Dalam banyak kasus, ia juga menawarkan peningkatan ergonomis instan dibandingkan dengan logam padat.
Jadi, saat kami menghubungi pengguna manufaktur FDM, kami melihat banyak desain ini.
Ini adalah contoh dari salah satu pelanggan kami. Mereka membuat 12 perlengkapan ini setiap tahun dari aluminium. Toko mereka selalu sibuk, jadi mereka akhirnya mengalihdayakan produksi mereka. Dengan metode mereka saat ini, satu perlengkapan menghabiskan biaya lebih dari $ 3.000 dan membutuhkan waktu 4-6 minggu untuk pengadaannya. Skenario ini terlalu umum ketika kita berbicara dengan perusahaan manufaktur.
Bandingkan dengan perlengkapan cetak 3D ABS yang solid. Biayanya akan menjadi $ 190 dan membutuhkan waktu sekitar 19 jam, sedikit kurang dari satu hari, untuk diproduksi.
Ketika kami menerapkan desain untuk prinsip-prinsip aditif, kami dapat mengambil peningkatan ini selangkah lebih maju. Dengan menggunakan desain yang terlihat di atas, kita dapat kembali menurunkan biaya menjadi $76 dan waktu pencetakan menjadi 11 jam. Itu adalah biaya 60% dan penghematan waktu 42%, dibandingkan dengan mencetak desain tradisional.
Kesalahan Umum Saat Mendesain Manufaktur Aditif
Sebelum kita masuk ke praktik desain terbaik, saya ingin membahas beberapa kesalahpahaman tentang desain untuk aditif dan menyoroti 2 kesalahan umum yang saya lihat dilakukan orang.
Ungkapan "desain untuk aditif" adalah istilah yang sangat luas. Anda dapat menganggapnya sebagai satu tingkat di bawah istilah seperti "desain untuk manufaktur". Terkadang orang akan bingung ketika mereka bertanya kepada kami tentang desain untuk aditif dan kami bertanya, “Apa yang Anda coba lakukan?” dan “Mesin apa yang Anda gunakan?”
Ini penting karena setiap jenis printer 3D memiliki praktik terbaiknya sendiri. Ada lusinan jenis printer 3D sekarang, nama seperti FDM, SLA, Polyjet, Binder Jet, DMLS, dll. Masing-masing memiliki variasi dalam sub-keluarga itu. Sama seperti bagaimana pabrik dan mesin bubut memiliki prinsip desain yang berbeda, setiap sistem aditif akan memiliki seperangkat aturan yang unik.
Banyak orang juga berasumsi bahwa manufaktur aditif menyelesaikan semua masalah mereka tanpa kekurangan. Sementara aditif sangat serbaguna dan telah membuat dampak besar di bidang manufaktur, itu bukan solusi peluru perak yang bisa dimainkan. Salah satu contohnya adalah komponen yang bisa Anda dapatkan dengan mudah dengan harga murah. Kami memiliki permintaan untuk mencetak suku cadang yang dapat Anda beli secara online dengan harga beberapa sen, seperti baut, sekrup, dan lainnya. Kami perlu memahami dan mengevaluasi aplikasi apa yang memerlukan pencetakan 3D, dan kapan komponen yang diproduksi secara massal merupakan pilihan yang lebih baik.
Kesalahan Umum
Dua kesalahan paling umum yang kami lihat saat mendesain untuk pembuatan aditif adalah pengelupasan dan pelubangan komponen cetak 3D FDM. Saya tidak mengacu pada pengisi yang tidak ada atau sangat jarang, tetapi maksud saya pemodelan di rongga berlubang sebagian geometri dalam upaya menghemat uang untuk biaya material.
Hampir setiap kali ini memiliki kebalikan dari efek yang diinginkan. Printer FDM memerlukan bahan pendukung untuk overhang. Ketika desainer melubangi atau mengupas bagian, mereka sering membuat overhang yang sangat besar yang perlu diisi ulang dengan bahan pendukung. Terkadang bagian yang berlubang dapat memiliki bahan pendukung yang tidak mungkin dilepas setelah pencetakan selesai!
Dalam contoh penembakan ini, kami memiliki sedikit pengurangan dalam penggunaan material secara keseluruhan, tetapi waktu pembuatan kami meningkat hampir satu jam. Ini karena sistem yang beralih antara model dan material pendukung yang unik terus-menerus harus mengganti setiap lapisan di antara kedua material tersebut.
Lubang lagi menunjukkan kepada kita sedikit penurunan dalam penggunaan material secara keseluruhan tetapi peningkatan waktu cetak. Selain itu, skenario ini menciptakan dukungan yang terperangkap yang tidak pernah dapat dihapus dari cetakan akhir.
6 Desain Untuk Aturan Aditif untuk FDM
Sekarang setelah kita memahami tantangan dan kesalahpahaman dalam mendesain untuk manufaktur aditif (DFAM), mari kita telusuri beberapa aturan desain termudah dan paling umum yang dapat Anda gunakan dengan printer FDM Anda.
1. Sudut Pendukung Mandiri
Kadang-kadang disebut sebagai aturan 45 derajat, aturan ini menyatakan bahwa bagian FDM tidak memerlukan dukungan selama overhang kurang dari 45 derajat dari vertikal. Ini adalah salah satu perubahan desain tercepat dan termudah yang dapat Anda lakukan untuk bagian yang ada. Ini akan mengurangi penggunaan bahan pendukung dan mempersingkat waktu cetak. Satu catatan penting untuk aturan ini adalah tidak semua bahan menggunakan 45 derajat sebagai cutoff. Ini akan bervariasi menurut jenis bahan, umumnya jatuh antara 40 derajat dan 60 derajat.
2. Menghilangkan Materi Dari Fitur Besar
Penghapusan material dari fitur-fitur besar biasanya menjadi tujuan para insinyur ketika mereka merancang bagian-bagian cangkang atau berongga. Memang benar Anda dapat sangat mengurangi penggunaan material saat mencetak 3D, tetapi kita harus memperhatikan bagaimana kita melakukannya.
Salah satu trik yang dapat Anda gunakan saat mencoba menghilangkan material adalah dengan fokus pada permukaan kawin. Mulailah dengan merancang titik kontak, seperti merah muda yang terlihat di atas, di mana bagian tersebut akan berinteraksi dengan perlengkapan. Sejak saat itu, desain Anda dapat didasarkan pada tujuan akhir bagian tersebut, apakah itu menambah kekuatan tambahan atau umumnya ringan.
3. Kekuatan Selektif Berdasarkan Wajah
Kekuatan selektif oleh wajah adalah alat lain yang digunakan untuk merancang bagian yang ringan sambil mempertahankan integritas struktural. GrabCAD Print memungkinkan pengguna untuk mengimpor geometri CAD asli; hal-hal seperti wajah dan tubuh dapat dirujuk dalam program. Kita dapat memilih badan dan wajah individu dan menentukan kepadatan pengisi dan ketebalan dinding. Hal ini memungkinkan kami untuk hanya menempatkan bahan yang membutuhkan kekuatan tambahan sehingga kami tidak perlu mencetak seluruh bagian secara utuh.
4. Kekuatan Selektif Berdasarkan Tubuh
Sama seperti kekuatan selektif berdasarkan wajah, kekuatan selektif berdasarkan tubuh memungkinkan pengguna untuk mengontrol tingkat pengisian antara tubuh CAD yang terpisah. Ini adalah contoh yang disederhanakan, tetapi dengan menambahkan bodi tipis di dalam suatu bagian, Anda dapat membuat rusuk struktural, memastikan kinerja mekanis sambil mempertahankan bagian yang jarang dan ringan.
5. Sisipan Logam
Sisipan logam adalah pilihan yang sangat baik jika area bagian yang dicetak 3D akan mengalami keausan yang berlebihan. Daripada terus-menerus harus mencetak ulang seluruh bagian, menempatkan sisipan logam seperti mur, mesin cuci, atau sisipan berulir set panas akan memungkinkan masa pakai komponen yang lebih besar.
Sisipan tertanam seperti mur dan ring memerlukan lubang yang dimodelkan ke dalam geometri CAD di mana mereka akan ditempatkan. Untuk menyertakan washer atau mur dalam cetakan Anda, atur printer Anda untuk menjeda satu atau dua lapisan sebelum menutup lubang tempat sisipan akan ditempatkan. Ini memungkinkan Anda untuk pergi ke printer, memasukkan sisipan, dan melanjutkan pencetakan. Jika Anda mencetak langsung ke permukaan logam, kami sarankan Anda menyemprot permukaan perkawinan logam dengan semprotan akrilik untuk memastikan kualitas cetak.
Sisipan set panas memungkinkan penguliran berulang yang tidak dapat ditahan oleh plastik kosong. Ini ditempatkan setelah pencetakan menggunakan besi solder. Penting bagi Anda untuk meninggalkan sedikit bahan padat ekstra agar sisipan dapat digigit di sisi lubang tempat memasukkannya. Di dalam GrabCAD Print Anda dapat menentukan ukuran insert yang Anda rencanakan untuk digunakan dan perangkat lunak akan secara otomatis mengubah ukuran lubang dan menyediakan material dinding tambahan.
6. Rakitan Konsolidasi
Kembali ke contoh perlengkapan besar, kita dapat melihat bahwa mencetak bagian ini mengurangi jumlah bagian dari 18 menjadi 1, dan dapat diproduksi tanpa perakitan apa pun.
Metode populer lainnya yang digunakan oleh mereka yang membutuhkan perlengkapan yang lebih kompleks adalah dengan menggunakan apa yang disebut alat hybrid. Alat hibrid ini menggabungkan hal-hal seperti pengencang logam, hidraulik, saluran selang, dan alat tambahan lain yang diperlukan untuk aplikasi yang lebih canggih.
Contoh dari Genesis Systems ini menunjukkan alat end-of-arm yang diproduksi secara tradisional di sebelah alat cetak 3D yang didesain ulang yang menggabungkan saluran udara dan pengencang logam. Genesis mampu sangat mengurangi berat alat yang memungkinkan mereka menggunakan robot yang lebih cepat, lebih kecil, dan lebih murah untuk aplikasi ini.
Contoh berikutnya datang dari Ford. Alat asli di sebelah kiri dibuat dari aluminium dan digunakan untuk membantu operator memasang jendela pada konvertibel mereka. Perlengkapan ini sangat besar meskipun terbuat dari aluminium. Hal ini juga akan merusak pekerjaan pengecatan mobil jika tidak dikendalikan sehingga menyebabkan keterlambatan dan biaya tambahan. Desain ulang cetak 3D di sebelah kanan menggabungkan saluran udara dan pengencang yang sama yang diperlukan sambil menggunakan rusuk internal untuk penyangga. Desain cetak 3D baru memiliki berat kurang dari 7,5 pon.
Desain Untuk Kesimpulan Aditif
Mengakhiri semuanya, kami berbicara tentang:
Alat yang diproduksi secara tradisional dan bagaimana metode manufaktur dan bahan baku mendorong pilihan desain kami. Kami berbicara tentang keinginan untuk mengurangi waktu tunggu untuk mendapatkan suku cadang serta batasan utama adalah ketersediaan mesin dan tenaga kerja terampil.
Bahkan saat menggunakan desain tradisional, perusahaan masih melihat manfaat dengan beralih ke manufaktur aditif. Desain cetak langsung ini biasanya meningkatkan waktu tunggu, biaya, dan ergonomis keseluruhan karena bobotnya yang ringan.
Kesalahpahaman tentang frasa “desain untuk pembuatan aditif”, seperti istilah yang terlalu luas. Kami melihat kesalahan umum lekukan dan shelling saat menggunakan teknologi pencetakan FDM.
Akhirnya, kami membahas 6 tips desain mudah yang dapat Anda terapkan pada desain masa depan Anda untuk lebih mengurangi waktu suku cadang, biaya suku cadang, dan meningkatkan fungsionalitas keseluruhan
Optimalkan Desain Anda Untuk Pencetakan 3D
Dari Konsep Hingga Produksi. CADimensions Dapat Membantu Anda di Setiap Langkah
