アディティブマニュファクチャリングのメリットを拡大するためのスマートデザイン原則の適用

アディティブマニュファクチャリングを使用して、従来の方法で製造された既存の部品を複製することは可能ですが、それはアディティブマニュファクチャリングの最適な使用方法ではありません。部品の性能、コスト削減、および材料の使用を最大化するには、アディティブの独自の機会と制約を念頭に置いてゼロから部品を設計することが最善です。または、言い換えれば、積層造形 (DFAM) の原則を使用して製品を作成する必要があります。

DFAM は、製造可能性を考慮した設計 (DFM) と同じ考え方を採用しており、プロセス計画と製品開発を統合しています。しかし、DFAM は、ウレタンキャスティングや射出成形用に製品を最適化する代わりに、競合する要因を分析して最も効率的な設計を開発することにより、アディティブテクノロジーを使用して生産グレードの製造用に製品を最適化します。

アディティブマニュファクチャリングは、特に DFAM の原則を使用して、生産コストを最小限に抑えながら産業グレードの品質の部品を設計する場合、印刷するほど単純ではありません。しかし、結果として得られる部品は、従来の方法で製造された部品の性能を満たしながら、リードタイムを短縮し、金型コストを削減し、設計の柔軟性を最大化します。製品開発プロセスの早い段階で DFAM ガイドラインを活用することで、製品設計チームは設計を最適化して積層造形の価値を捉えることができます。

プロトタイピング用のアディティブマニュファクチャリングから生産用のアディティブマニュファクチャリングに移行する際に考慮すべき DFAM の一般的な原則を次に示します。

オーバーハングを最小限に抑え、サポートへの依存を減らします

パーツの連続する各スライス (FDM、DMLS など) は、その下のレイヤーに依存してサポートされます。大きな張り出し、開口部、およびその他の機能は、反りを防ぎ、製品がその性能許容範囲を確実に達成できるようにするために、ビルド中に追加のサポートが必要になる場合があります。材料の無駄と追加の後処理の必要性。また、サポートが必要な場合、コストを節約するための考慮事項の 1 つは、サポートがユーザーに面していない領域 (マークが許容される領域) に配置されるようにパーツの向きを変えることです。これにより、後処理に必要なサンディングと仕上げの時間が短縮されます。

パーツの向き

積層造形部品はさまざまな方向で構築できますが、フィーチャが構築される角度はその公差に影響を与える可能性があります。また、機能が仕様から大きく逸脱することは許容限界に影響するまでしかないため、設計プロセスの早い段階で可能な向きの範囲を検討することが重要です。そうすることで、パーツの製造に最適な向きを特定できます。

マルチパートアセンブリの統合

従来の製造方法では複雑な形状を作成することは困難であり、一部の製品をマルチパーツアセンブリとして作成する必要が生じる場合があります。製品を従来型からアディティブマニュファクチャリングに移行する場合、アセンブリコストを大幅に削減するために、より少ない部品に統合できることがよくあります。たとえば、Steelcase がアディティブマニュファクチャリングに使用するアームキャップを設計したとき、3 パーツのアセンブリを、複数の機能ゾーンを持つ 1 つの途切れのないパーツに変換しました

ジェネレーティブデザインを活用して部品を最適化する

アディティブプロセスによって可能な独自のジオメトリにより、製品設計者はジェネレーティブデザインツール (トポロジー最適化や格子構造など) を活用して、数百の変数に基づいてパーツの構造を最適化できます。また、ラティスを使用すると、パーツのさまざまな領域で強度と材料密度を正確に調整できるため、1 つの連続したパーツがさまざまな領域のさまざまなパフォーマンス要件を満たすことができます。

最も重要なアディティブマニュファクチャリング設計の考慮事項

これらのガイドラインのいずれも、生産グレードのアディティブマニュファクチャリングへの移行における最大の障害の 1 つである、アディティブマニュファクチャリング製品の設計スキルのギャップに対処していません。このギャップがあるため、最も重要な設計ガイドラインは、DFAM プロジェクトの開始時に積層造形製品設計の専門家と連携することです。製品のコストとパフォーマンスを最適化する設計変更を推奨します。また、オンデマンド生産と仮想倉庫を通じて、サプライチェーンレベルで効率を高める方法を理解することもできます。 AM の専門家による設計とエンジニアリングのサポートに早く関与すればするほど、積層造形への切り替えによって得られるメリットが大きくなります。

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