製造のための設計:コンセプトを実現可能な現実に変える

できるでしょうか?

コンポーネントの設計は最初のステップにすぎません。それを現実のものにすることが、エンジニアリングの卓越性を真にテストするものです。製造向け設計 (DFM) は、既存のテクノロジーとプロセスを使用して部品を効率的、安全、コスト効率よく製造できるかどうかを評価します。

「デス・スター」の青写真を考えてみましょう。これは先見の明があるものの、今日の製造能力を超えています。たとえ材料と電力が利用可能だったとしても、必要とされる規模と精度が非常に高いため、生産に法外な時間と費用がかかります。

場合によっては、設計は製造可能であっても、製造ルートの都合上、実用的ではない場合があります。 Amazon から発送される部品で自動車を組み立てる場合と、従来の組立ラインで自動車を組み立てる場合を考えてみましょう。前者は技術的には可能ですが、天文学的にコストがかかり、信頼性も低くなります。 DFM は、実現可能な製造戦略と一致するように設計を再考することを奨励します。

材料の選択も同様に重要です。鋭い角を持つプラスチック部品は、緩やかなフィレットを持つプラスチック部品よりも成形が困難です。小さなフィレット（多くの場合 1 mm 未満）は、流れの閉塞のリスクを軽減し、表面仕上げを向上させ、部品の製造を容易にします。

これを製粉してもらえますか?

CNC 加工の分野では、DFM は部品の形状が機械や工具の機能に適合していることを確認します。機能が複雑すぎると、コストの増加、サイクル タイムの延長、または完全な不可能につながる可能性があります。

• 部品は機械の作業範囲内に収まりますか?
• 過度に長いまたは細い工具が必要ですか?
• ツール、スピンドル、または治具と部品の間に干渉の問題はありますか?
• 選択したツールからすべての重要な機能にアクセスできますか?

2016 年のオリンピック中に、あるチームは Autodesk HSM CAM を使用してカスタム メダルを作成したいと考えていました。結果として得られたデザインは印象的に見えましたが、浅い 3D 輪郭、狭い角、複雑なテキストなど、機械加工に大きな課題が生じました。製粉業者は、細部を捉えるために、1/16 インチのボールノーズから 1/32 インチのエンドミルまで、徐々に小型化されたカッターを使用する必要がありました。工具直径が小さくなるたびに、工具の摩耗が増加し、送り速度が遅くなり、加工時間も増加するため、コストが増加します。

実際には、1/32 インチの工具を使用してそのサイズのメダルを仕上げると、サイクル タイムが 2 倍または 3 倍になる可能性があります。決定は、顧客がコスト増加を正当化できるほど追加の詳細を重視するかどうかによって決まります。

Tormach 440 の画像は、設計から最終部品までの進行を示しています。

どこまで小さくできますか?

製粉可能な限界に達した場合、代替プロセスでギャップを埋めることができます。 3D プリンティング、精密鋳造、または粉末金属の製造により、従来のフライス加工では不可能な微細なディテールを実現できます。たとえば、コインのミントダイには、0.006 インチ (人間の髪の毛の幅約 6 本) という小さなツール直径を備えた CNC ミルが日常的に使用されています。このレベルの詳細を達成するには、2 日間の機械加工と高精度の機器が必要になる場合があります。そうしないと、最終製品は意図した忠実度を欠くことになります。

要約すると、効果的な DFM では、工具のサイズ、機械の能力、材料の挙動、およびコストへの影響が最初から考慮されます。設計意図を製造の現実に合わせることで、部品が概念的に適切であるだけでなく、実際に生産可能であることを保証します。

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