Стратегии проектирования, необходимые для раскрытия потенциала 3D-печати

Взгляд инженера Protolabs на правильный подход DfAM.

Успех в 3D-печати — это больше, чем просто материалы и оборудование. Хотя это решающие факторы, весь процесс начинается с создания дизайна, который закладывает основу для желаемого конечного продукта.

Проектирование для аддитивного производства (DfAM) — это набор принципов, которые служат проверкой реальности для представления о том, что 3D-печать может создать любую вообразимую деталь или продукт. Процесс проектирования должен учитывать законы физики при применении множества материалов, используемых в различных аддитивных технологиях. Хотя теоретически возможности 3D-печати безграничны, в дизайне часто приходится противодействовать гравитации, чтобы сделать возможными некоторые сложные детали. Например, дуб с высокой детализацией, напечатанный на 3D-принтере с использованием стереолитографии (SLA), потребует опор для каждой ветви в процессе печати, чтобы конечный продукт выдержал испытание. По вопросам 3d печати писать сюда — https://t.me/fidller 

DfAM помогает управлять процессом 3D-печати через присущие ему ограничения, так что технология может эффективно давать некоторые сложные геометрические формы, для которых она известна. Помимо этого, DfAM может помочь оптимизировать стоимость, скорость и эффективность 3D-печати.

Некоторые из основных руководящих принципов DfAM включают следующее:

• Думать с аддитивной точки зрения, а не с вычитающей (как «вырастить» а не убрать лишнее);
• Принимая во внимание ориентацию печати;
• Использование меньшего количества экструзионных линий;
• Склеивание отдельных частей в единое целое;
• Добавление оборудования в части для настройки спецификаций
• Минимизация усложнений
• С учетом окончательной обработки поверхности

По мере того, как все больше отраслей переходят на 3D-печать для производства, а не только для создания прототипов, все больше деталей и продуктов разрабатываются специально для аддитивного производства с использованием специализированного программного обеспечения. Ключевым моментом является использование DfAM для получения деталей, которые сохраняют свою работоспособность при использовании и с течением времени.

«В частности, в аэрокосмической отрасли вы должны знать, как проектировать с учетом ограничений технологии», — говорит Эрик Атли, технический инженер по продажам в Protolabs. «Это просто неправда, что мы можем что-то сделать. Есть много мест, где мы возражаем и говорим: «Эта дыра слишком велика — ей понадобятся опоры; или это отверстие слишком маленькое и его нужно заделать; или в поперечном сечении этой детали слишком много материала, и она может треснуть или деформироваться». Для инженеров очень полезно иметь такой набор навыков, с помощью которого они могут выявлять эти проблемы и знать, как проектировать для аддитивных технологий».

По словам Атли, одна из самых больших проблем при создании хорошего дизайна для аддитивного производства — обеспечить постоянный и непрерывный поток по всей детали. В отличие от других производственных процессов, при 3D-печати послойный характер процедуры должен привести к тому, что конечный продукт будет казаться естественным, а не прерывистым и бессвязным.

Утли приводит наглядный пример флипбука. Когда вы пролистываете отдельные страницы анимации, они связаны и плавно перетекают с одной страницы на другую. Окончательная 3D-печатная деталь должна быть такой же.

«Вам не нужно, чтобы материал то появлялся, то исчезал, а во время печати происходили действительно радикальные изменения, — говорит Атли. «Когда вы смотрите на поперечное сечение части, это должно выглядеть так, как если бы вы видели компьютерную томографию человека — там действительно последовательный поток. Это сделает деталь более точной.

Один из способов добиться этого — уменьшить количество лишнего материала на той части, которую впоследствии необходимо будет удалить. Это не только сокращает количество отходов, но также может привести к более гладкому и точному конечному продукту.

Хотя программное обеспечение для генеративного проектирования может помочь в процессе 3D-печати, оно не всегда доступно или надежно для аддитивного производства, хотя оно становится лучше, говорит Атли. Например, программа может порекомендовать удалить 30 процентов материала из детали, чтобы максимизировать прочность в пределах определенных размеров. Однако программное обеспечение может не учитывать наилучшую ориентацию печати или не предлагать, где можно добавить материал для обеспечения поддержки. Вот почему полезно, чтобы разработчики продуктов, использующие программное обеспечение, были обучены работе с DfAM.

Один из основных принципов DfAM заключается в том, что разные методы 3D-печати требуют разной оптимизации дизайна. Например, деталь, напечатанная с помощью моделирования методом наплавления (FDM) или SLA, может привести к экономии материалов и времени, если нижний угол манжеты изменить на  5 или 10 градусов . При использовании SLA или селективного лазерного спекания (SLS) создание выпускных отверстий в полой модели может сократить отходы материала, но аналогичное преимущество не распространяется на FDM.

Тем не менее, инженеры могут ожидать, что некоторые основные концепции будут верны в процессах 3D-печати. Например, Атли говорит, что правило 45 градусов, согласно которому стена с уклоном в 45 градусов или выше обычно является самонесущей, применимо к целому ряду технологий.

«Есть небольшая разница, но если угол наклона 45 градусов и выше, вы справитесь с большей частью обработки 3D-печати и получите самонесущую стену», — говорит Атли. «Я всегда выступаю за добавление радиусов к внутренним жестким углам и краям, чтобы уменьшить напряжение или усадку материала».

Вопрос о том, требуется ли той или иной детали опорная конструкция, является центральным вопросом проектирования, поскольку он может быть ограничивающим фактором для других функций. Утли говорит, что по мере продвижения процессов 3D-печати прямое лазерное спекание металлов (DMLS), вероятно, имеет больше всего ограничений в плане дизайна из-за необходимости требований к поддержке. Процесс имеет очень низкий допуск или допуск на выступы. Если у вас есть что-то меньшее, чем 45 градусов, это увеличивает риск сбоя сборки при печати с помощью DMLS. Тем не менее, Атли часто видит хорошо спроектированные детали с DMLS, которые возникают органично и практически не требуют вспомогательных структур во время печати, поскольку были развернуты надежные методы DfAM, специфичные для DMLS.

Создание отверстий круглой формы с помощью DMLS также может быть сложной задачей, поэтому многие вместо этого выбирают другие формы, такие как капля. В аэрокосмической промышленности, например, нередко можно увидеть части топливного канала ракетного ускорителя, которые по этой причине имеют каплевидное поперечное сечение. Это заметное отклонение, поскольку тысячи лет субтрактивных производственных процессов имели тенденцию выбирать только круглые отверстия, которые сверлились. При аддитивном производстве круг не всегда является самой идеальной формой для отрицательного пространства.

По словам Атли, Multi Jet Fusion (MJF) универсален и имеет наименьшие ограничения из всех процессов 3D-печати. Он говорит, что ахиллесова пята технологии — деформация материала любой детали размером 17 см и больше. Но помимо ограничений по размеру, с MJF не возникает никаких проблем с опорными конструкциями или нагрузками на углы. «У вас есть огромная свобода дизайна в этой технологии», — говорит Атли.

Независимо от конкретного используемого процесса, практика DfAM должна вращаться вокруг представления заключительной части, того, как она будет использоваться и какие виды стресса ей придется выдержать. Затем это информирует о деталях, таких как, где должен располагаться вспомогательный материал, объем и размеры деталей, степень углов свеса и возможные геометрические формы.

Учитывая растущий интерес к 3D-печати для производства, важно, чтобы разработчики продуктов не подходили к технологии с нереалистичным представлением о том, что все возможно и в конце концов все будет работать автоматически. Риск такого подхода заключается в разочаровывающем процессе разработки, а также в сбоях деталей и продуктов, которые разочаровывают клиентов.

Заглядывая вперед, достижения в отрасли постепенно создают больше возможностей для САПР, генеративного проектирования и анализа сборки. Кроме того, доступно больше технологий, таких как оборудование для вторичной отделки, оборудование для окрашивания деталей SLS в определенные цвета, полировка деталей DMLS, автоматизация для проверки деталей и многое другое. Все эти изменения направлены на расширение использования 3D-печати в качестве основного метода производства продукции.

Утли говорит, что более быстрые принтеры нужны для ускорения производства, но предупреждает, что это всего лишь одна маленькая часть уравнения. Например, машина MJF может печатать сотни или тысячи деталей в день, но тогда для подкрашивания деталей требуется человеческий труд, что означает больше времени и накладных расходов.

«Если технология продвинется вперед, и вы будете печатать то, что уже готово к работе, это действительно позволит значительно увеличить производительность», — говорит Атли. «Это то, чего стоит ожидать в течение следующих 10 лет».

3d печать (fdm/fff, sla) любыми пластиками (petg abs sbs , 3d сканироваие, 2d фрезеровка

По всем вопросам писать сюда:

контактный телефон 89531178495

Telegram: https://t.me/fidller 

E-mail: shope@fidller.com

вконтакте: https://vk.com/3d_krd_123