Menguasai Manufaktur Aditif: 5 Tips Desain Esensial

Seiring perkembangan teknologi manufaktur, keterampilan desain untuk kemanufacturan (DFM) industri manufaktur juga harus berkembang. Lanskap manufaktur aditif khususnya telah berkembang secara dramatis selama sepuluh tahun terakhir: cetak 3d dulu dianggap sebagai alat prototipe, atau bahkan barang aneh, tetapi sekarang setelah teknologi telah mencapai kemampuan kelas industri, desain untuk manufaktur aditif (DFAM) telah menjadi kemampuan yang sangat dihargai di kalangan insinyur dan pengembang produk.

Mengingat laju perubahan yang cepat, jika Anda telah menghabiskan tahun-tahun untuk mengasah keahlian DFM Anda untuk teknologi manufaktur lama, prospek harus mempelajari teknik DFAM baru mungkin terasa membingungkan. Tantangan ini mungkin semakin rumit oleh berbagai teknologi cetak 3d: teknik DFAM yang optimal untuk fused deposition modeling (FDM), misalnya, mungkin berbeda dari stereolithography (SLA), Carbon Digital Light Synthesis™ (DLS), atau HP Multi Jet Fusion (HP MJF) — dan melibatkan pertimbangan biaya, material, dan desain baru yang signifikan.

Memahami teknologi cetak 3d

Tidak perlu dikatakan bahwa proyek desain harus dikembangkan dengan pemahaman tentang teknologi yang akan digunakan untuk membuatnya. Cetak 3d adalah proses manufaktur aditif yang berarti material ditambahkan secara progresif, lapis demi lapis, untuk membentuk bagian yang selesai — berbeda dengan proses manufaktur subtraktif, seperti pemesinan CNC, di mana material dihapus dari werkpiece oleh alat pemotong.

Namun, meski berbeda dari metode manufaktur tradisional, integrasi manufaktur aditif dengan kerangka produksi yang ada tidak harus sulit. Dengan sedikit pemikiran kreatif dan kemauan untuk mengubah persepsi Anda, memindahkan desain untuk produksi aditif tidak akan seberat yang Anda bayangkan.

Jika Anda siap untuk berubah, berikut adalah lima tips desain cetak 3d untuk membantu Anda memulai:

1. Bersiap untuk tantangan baru

Manufaktur aditif telah membuka berbagai kemungkinan manufaktur, memungkinkan penciptaan bagian yang sebelumnya ‘tidak dapat dibuat’ dengan relatif cepat dan efisien. Namun, DFAM juga membawa tantangan baru yang harus dipertimbangkan oleh desainer dan insinyur saat mereka mengalihkan bagian dari status digital ke produksi fisik. Volume bangunan printer 3d, misalnya, dapat membatasi ukuran bagian tertentu dan memerlukan proyek untuk dibangun menggunakan beberapa cetakan. Sementara itu, teknologi cetak tertentu memiliki tantangan mereka sendiri: FDM menghasilkan bagian dengan garis lapis yang terlihat yang mungkin tidak direpresentasikan dalam desain digital (dan yang dapat dihaluskan setelah produksi), dan proses HP MJF memerlukan bagian untuk melalui proses pendinginan, kemudian dibersihkan setelah mencetak yang dapat memperpanjang jadwal produksi.

DFAM adalah perbatasan yang menolak dapat diragukan tetapi untuk mendapatkan hasil terbaik dari teknologi cetak 3d Anda, penting untuk merancang di sekitar pertimbangan praktis ini saat Anda mengembangkan proyek.

2. Sesuaikan struktur pendukung

Untuk mengakomodasi elemen dengan overhang, bagian mungkin memerlukan struktur pendukung, yang dapat menghasilkan tantangan desain. Kebutuhan akan struktur pendukung akan tergantung pada sudut di mana overhang diatur dan penting untuk diingat bahwa pendukung akan mengonsumsi material cetak 3d, menambahkan biaya dan waktu tambahan ke proses cetak.

Untungnya, Anda mungkin dapat mengurangi kebutuhan untuk mendukung overhang — dan menghemat waktu dan uang — dengan beberapa strategi sederhana. Sebuah aturan umum adalah meminimalkan sudut overhang pada bagian Anda sebanyak mungkin: kemiringan 45 derajat dan di atasnya umumnya memerlukan pendukung, sementara di bawah 45 derajat tidak. Demikian pula, Anda mungkin dapat memancarkan bagian tertentu dengan membuat pendukung yang diperlukan sebagai bagian dari desain, atau menyesuaikan orientasi bagian pada plat bangunan. Terakhir, Anda dapat memilih metode cetak yang lebih ‘ramah pendukung’: proses cetak 3d sela bubuk, seperti HP MJF, tidak memerlukan bagian untuk dirancang dengan pendukung karena bubuk tempat mereka dibuat adalah mandiri pendukung.

3. Kurangi rontok

Jika Anda baru memulai perjalanan manufaktur aditif Anda, mungkin material aditif yang tersedia dan propertinya akan asing bagi Anda.

Secara khusus, proses cetak 3d cenderung menyebabkan material meruncing (terutama pada permukaan datar besar). Rontok mungkin terjadi sebagai akibat dari variabel suhu yang berbeda: dalam proses FDM, filamen material diekstrusi pada suhu tinggi, kemudian pendingin. Dalam cetakan SLA dan DLS, bagian melalui proses pemanggang setelah cetak. Dalam proses HP MJF, rontok terjadi sebagai akibat dari sintering, yang terjadi dalam sela material yang dipanaskan dan melibatkan pendinginan setelah cetak. Beberapa proses cetak 3d lebih rentan terhadap rontok daripada yang lain: sudut cetakan 3d FDM, misalnya, dapat meruncing dan naik dari plat cetak saat mereka melalui kontraksi termal.

Mungkin untuk mengatasi rontok dengan memastikan printer 3d dikalkulasi dengan benar, atau dengan memastikan bagian memiliki adhesi yang sesuai terhadap plat cetak. Efek rontok juga dapat diminimalkan dalam desain dengan mengurangi jumlah tepi tajam atau elemen yang meluber pada bagian, atau dengan membulatkan sudutnya untuk mendistribusikan stres termal secara merata. Demikian pula, bagian yang panjang atau tipis memiliki kecenderungan yang lebih tinggi untuk meruncing jadi mempertebal bagian tersebut selama desain dapat mengurangi efeknya. Bekerja sama dengan mitra berpengalaman, seperti Fast Radius, adalah cara yang baik untuk mencegah rontok (jika memungkinkan) karena kami dapat memastikan bahwa semua kalkulasi peralatan ditangani dengan benar sebelum mencetak.

4. Pertimbangkan ketebalan dinding

Teknologi cetak 3d mampu mencapai presisi yang mengesankan dan memproduksi bagian dengan detail yang sangat halus — termasuk bagian yang sangat tipis. Namun, seperti bagian pengecoran injeksi, semakin tipis bagian cetak 3d, semakin besar kemungkinan kesalahan terjadi selama proses cetak: fitur yang terlalu tipis berisiko berdeformasi atau terlepas dari bagian sebelum resin dapat pendingin. Demikian pula, bagian yang sangat tipis mungkin akan memperburuk rontok yang terjadi setelah bagian pendingin pasca produksi. Bahkan jika bagian tipis lolos melalui proses cetak, ia mungkin akan rusak oleh pembersihan, finishing, atau pemrosesan pasca yang diperlukan.

Dengan faktor-faktor ini di pikiran, Anda harus memastikan bahwa Anda merancang bagian Anda dengan ketebalan dinding minimum yang direkomendasikan untuk teknologi cetak 3d yang Anda gunakan. Insinyur Fast Radius akan bekerja sama dengan Anda untuk menentukan ketebalan dinding yang sesuai untuk bagian Anda — dan untuk mengelola tantangan unik yang terkait dengan desain Anda.

5. Jelajahi kesempatan kreatif

Teknologi cetak 3d membawa kesempatan untuk menyederhanakan dan mengoptimalkan proses produksi dengan cara yang tidak akan mungkin dengan metode manufaktur lain. Kesempatan tersebut termasuk meringankan bagian tanpa mengorbankan kekuatannya dengan menghapus material. Salah satu metode meringankan yang paling efektif untuk bagian cetak 3d adalah merancang dengan struktur rangka: struktur bersilang yang dapat ditessellasi di sepanjang sumbu mana pun, yang menggunakan lebih sedikit material cetak 3d, dan yang mengurangi bobot bagian secara keseluruhan.

Pikirkan secara kreatif tentang kesempatan optimasi DFAM. Struktur rangka, misalnya, ditemukan dalam berbagai struktur yang terjadi secara alami, termasuk dalam sarang lebah dan terumbu karang — memang dunia alam mewakili sumber daya besar untuk ide optimasi DFAM lebih lanjut, menawarkan spektrum inspirasi desain yang potensial berguna. Melampaui bobotnya, bagian dapat dioptimalkan untuk properti termasuk keawetan, elongasi saat gagal, dan transfer panas — metrik yang memiliki korelasi dalam properti struktural tulang manusia, misalnya, dan yang dapat diemulasikan (dalam tingkat yang bervariasi) oleh teknologi cetak 3d.

Nilai keahlian DFAM

Kemajuan teknologi sedang mengubah lanskap manufaktur aditif tetapi mereka tidak telah menghilangkan pentingnya input teknik manusia. Saat bertransisi ke DFAM bahkan insinyur terbaik dapat mendapatkan manfaat dari pengalaman dan keahlian pihak ketiga — atau sekadar memiliki papan bicara eksternal — saat mereka merancang untuk teknologi cetak 3d.

Singkatnya, meskipun ada banyak sumber daya DFAM yang tersedia untuk dieksplorasi, pemecahan masalah secara langsung tetap tidak dapat digantikan. Jadi apakah Anda membutuhkan bantuan untuk mengoptimalkan desain yang ada, atau memulai desain dari nol, tim teknik Fast Radius siap membantu Anda: hubungi hari ini untuk memulai.

Siap membuat bagian Anda dengan Fast Radius?