Design for Additive Manufacturing（DfAM）3D Printing Strategies

アディティブマニュファクチャリングの設計と従来の製造の設計

従来、CNCフライス盤用の部品を設計するときは、ミルのメーカーとモデル、機能、および作業量を考慮する必要があります。これらの考慮事項はすべてマシン駆動型ですが、高許容度の機能、ツールの変更、およびセットアップはすべてパーツ駆動型です。

機械駆動と部品駆動の考慮事項以外にも、CNCフライス盤の製造プロセスにさらに影響を与えるスピンドル速度、材料、工具タイプなどの詳細があります。複雑な部品がある場合は、より複雑なマシンで作成する方が簡単ですが、それらのマシンはより高価です。

CNCフライス盤の設計では、部品の製造に必要なすべての操作と、その操作を実行するために必要な関連ツールを事前に検討する必要があります。

3D印刷用の設計は、従来の製造といくつかの類似点を共有しています。 3D印刷設計のいくつかの側面はプロセスに依存し、いくつかはプリンターに依存します。 3D印刷は加法混色と減法混色のプロセスであるため、パーツの断面をレイヤーごとに重ねて押し出し、モデルを構築します。操作と必要なツールの数が1つか2つに簡素化され、CNCジョブを開始する前に通常必要となるツールの変更、ツールのクリアランス、セットアップ、カスタムワークホールドなどの操作上の考慮事項がなくなります。

たとえば、3つの異なる切削工具を使用した5つの異なる操作、2つのセットアップ、およびカスタムソフトジョーのセットで構成されるCNCフライス盤で製造された部品は、3Dプリンターを使用して、1つの工具を使用し、追加のセットアップ。同じ簡略化は、20の操作、8つのツール、および4つのセットアップを必要とする部品にも当てはまります。これにより、さまざまな設計の機会が開かれますが、設計で考慮する必要のある制限もあります。

の1つ アディティブマニュファクチャリング 最大の利点は、複雑なパーツを基本的なパーツと同じように簡単にセットアップできることです。

例として2つの異なる部品設計を取り上げましょう。設計＃1は垂直の穴のある単純な部品であり、設計＃2は角度の付いた穴を備えています。これは製造がそれほど簡単ではありません。

フライス盤を使用する場合、設計＃1では簡単な機械加工のセットアップが必要になります。デザイン＃2には、より複雑なマシンまたはより複雑なフィクスチャのセットアップが必要になります。デザインのわずかな違いのための2つの完全に異なる機械加工アプローチ。

3D印刷では、2つの異なるアプローチは必要ありません。両方のパーツを3D印刷ソフトウェアに送信して、印刷を押すことができます。プリンタがすべてのセットアップを行うため、幾何学的に複雑なパーツは、単純なパーツと同じ時間と労力でセットアップできます。

DfAMで幾何学的に複雑な機能を分離する

蒸着ベースのプラスチック印刷プロセスの欠点の1つは、パーツが異方性であるため、材料の強度が、プリントベッドに平行な平面とそれに垂直な軸に沿って異なることです。ポストイットのスタックのように考えてください。表面を壊すのは難しいですが、材料の目立たないスライスの間の継ぎ目で簡単に引き離すことができます。

したがって、積層造形の設計では、部品の印刷適性だけでなく、その性能と機能要件をどのように満たすかを考慮することが重要です。

例として、単純な四面体形状を使用してこれを要約できます。これの最初の反復は、基本的な種類のブロック状の形状です。動作しますが、基本的にはブロックCADモデルのようなものです。この段階に到達し、それを良いと呼び、印刷するのは簡単です。これは9時間の印刷で、12.63米ドルの費用がかかります。

このモデルの複数のコピーまたは改訂を行う予定の場合は、時間とコストを節約するためにいくつかの改善を行うことができます。中央の多くの素材を切り取りながら、中実のブロックではなくリブを使用してパーツの構造的完全性を維持することで、印刷時間を短縮できます。

そのバージョンのパーツは6時間かかり、印刷に$ 6.12 USDかかりますが、構造的な観点から、このパーツは異方性です。パーツに荷重を加えると、レイヤーラインに沿ってせん断する可能性があります。したがって、この部分の要件を再考する必要があります。

大きな負荷に耐える必要があるかもしれないので、強度を気にします。また、正四面体にするために必要な角度も気にします。これらの角度は正確である必要がある複雑な形状であり、パーツはこれらのビームで破損することはありません。このバージョンのパーツを迅速に反復し、設計の側面を変更する場合は、6時間以上のサイクルで行う必要があります。ここで、3Dプリントを実際に活用できます。

3D印刷を使用すると、重要な複雑なコンポーネント（この場合はコーナー）を分離できます。全体的な形状を維持しながら、ダボを使用してパーツの異方性要素を回避しました。パーツについて何かを変更する必要がある場合、各コーナーユニットは30分印刷ジョブであり、0.50米ドルの費用がかかるため、必要に応じて、またサイズを変更したい場合は、各ジョイントではるかに高速に反復できます。あなたがしなければならない部分は、角を再印刷せずにノックピンを交換することです。

ここでは、幾何学的に複雑な特徴を分離しているため、3D印刷はこの設計に最適です。これは、積層造形の設計の鍵です。設計のどの側面がレイヤーごとのプロセスに役立つかを特定します。これは、コストと印刷時間に影響を与え、ワークフローとパーツの機能を改善し、反復と変更を容易にします。