アディティブ マニュファクチャリングの設計に役立つ 5 つのヒント

製造技術が進化するにつれて、製造業界の製造のための設計 (DFM) スキルセットも進化する必要があります。特にアディティブ マニュファクチャリングの状況は、過去 10 年間で劇的に進歩しました。3D プリンティングは、プロトタイピング ツール、または目新しささえあると見なされていましたが、現在、この技術は産業グレードの機能に達しており、アディティブ マニュファクチャリングの設計 (DFAM) は次のようになっています。エンジニアや製品開発者の間で切望されている機能です。

急速な変化のペースを考えると、従来の製造技術に関する DFM の専門知識を何年もかけて磨いてきた場合、新しい DFAM 技術を学ばなければならないという見通しは圧倒されるかもしれません。この課題は、さまざまな 3D プリンティング テクノロジによってさらに複雑になる可能性があります。たとえば、溶融堆積モデリング (FDM) に最適な DFAM 技術は、ステレオリソグラフィ (SLA)、Carbon Digital Light Synthesis™ (DLS)、または HP Multi Jet Fusion とは異なる場合があります。 (HP MJF) – 重要な新しいコスト、材料、および設計上の考慮事項が伴います。

3D プリント技術の理解

言うまでもなく、設計プロジェクトは、それを作成するために使用されるテクノロジーを理解して開発する必要があります。 3D プリントは、切削工具によってワークピースから材料を除去する CNC 機械加工などの減法製造プロセスとは対照的に、層ごとに材料を徐々に追加して最終部品を形成する付加製造プロセスです。

ただし、従来の製造方法とは異なりますが、アディティブ マニュファクチャリングを既存の生産フレームワークに統合することは難しくありません。ちょっとした創造的思考と、自分の認識を変えようとする意欲があれば、アディティブ プロダクションのデザインをピボットすることは、想像するほど難しいことではありません。

変更を加える準備ができている場合は、開始に役立つ 5 つの 3D プリント デザインのヒントを以下に示します。

1.新しい課題に備える

アディティブ マニュファクチャリングは、さまざまな製造の可能性を切り開き、以前は「作ることができなかった」部品を相対的な速度と効率で作成できるようにしました。ただし、DFAM は、設計者やエンジニアが部品をデジタル状態から物理的な生産に移す際に考慮しなければならない新しい課題ももたらします。たとえば、3D プリンターのビルド ボリュームは、特定のパーツのサイズを制限し、複数のプリントを使用してプロジェクトをビルドする必要がある場合があります。一方、特定の印刷技術には独自の課題があります。FDM では、デジタル デザインでは表現できない可視レイヤー ラインを持つパーツが生成されます (ポストプロダクションで平滑化される可能性があります)。HP MJF プロセスでは、パーツに冷却プロセスを実行する必要があります。その後、印刷後に洗浄するため、生産スケジュールが延びる可能性があります。

DFAM は紛れもなくエキサイティングなフロンティアですが、3D プリント技術を最大限に活用するには、プロジェクトを開発する際にこれらの実用的な考慮事項に基づいて設計することが重要です。

2.支持構造を調整する

オーバーハングのある要素を考慮に入れるために、パーツにはサポート構造が必要になる場合があり、これにより設計上の課題が生じる可能性があります。サポート構造の必要性は、オーバーハングが設定される角度によって異なります。また、サポートが 3D プリント材料を消費し、プリント プロセスに余分なコストと時間が追加されることを覚えておくことが重要です。

幸いなことに、いくつかの簡単な方法でオーバーハングをサポートする必要性を減らし、時間と費用を節約できる場合があります。一般的に、45 度以上の傾斜にはサポートが必要ですが、45 度未満の傾斜には必要ありません。同様に、必要なサポートを設計の一部にするか、ビルド プレート上のパーツの向きを調整することで、特定のパーツを固定できる場合があります。最後に、より「サポートに優しい」印刷方法を選択することもできます。HP MJF のようなパウダー ベッド 3D 印刷プロセスでは、部品が製造される粉末が自己支持性であるため、部品をサポート付きで設計する必要はありません。

3.反りを減らす

積層造形の旅を始めたばかりの場合、利用可能な積層材料とその特性になじみがない可能性があります。

特に、3D プリント プロセスでは、材料が反る傾向があります (特に、大きくて平らな面では)。反りは、さまざまな温度変数の結果として発生する可能性があります。FDM プロセスでは、材料フィラメントが高温で押し出されてから冷却されます。 SLA および DLS 印刷では、パーツは印刷後のベーキング プロセスを経ます。 HP MJF プロセスでは、焼結の結果として反りが発生します。焼結は、加熱された材料床で行われ、印刷後の冷却を伴います。一部の 3D プリント プロセスは、他のプロセスよりも反りやすい傾向があります。たとえば、FDM 3D プリントの角は、熱収縮を経るにつれて反り、プリント ベッドから浮き上がることがあります。

3D プリンターが正しくキャリブレーションされていることを確認するか、パーツがプリント ベッドに適切に接着されていることを確認することで、反りに対処できる場合があります。反りの影響は、部品の鋭いエッジや突き出た要素の数を減らしたり、角を丸めて熱応力をより均等に分散させたりすることによって、設計で軽減することもできます。同様に、長い部品や薄い部品は反りが発生しやすい傾向があるため、設計中にこれらの部品を厚くすると、その影響が減少する可能性があります。 Fast Radius のような経験豊富なパートナーと協力することは、印刷前にすべての機器のキャリブレーションが正しく処理されていることを確認できるため、(可能な場合) 反りを防ぐ良い方法です。

4.肉厚を考慮する

3D プリント技術は、非常に高い精度を達成し、非常に細かい部品 (非常に薄い部品を含む) を製造することができます。ただし、射出成形パーツと同様に、3D プリント パーツが薄ければ薄いほど、プリント プロセス中にエラーが発生する可能性が高くなります。つまり、形状が薄すぎると、樹脂が冷える前に変形したり、パーツから剥がれたりするリスクがあります。同様に、非常に薄いパーツは、製造後にパーツが冷却されるにつれて、その後の反りが悪化する可能性があります。たとえ薄いパーツが印刷工程を通過したとしても、必要なクリーニング、仕上げ、または後処理によって損傷する可能性があります。

これらの要因を念頭に置いて、使用している 3D プリント技術で推奨される最小肉厚にパーツを設計する必要があります。 Fast Radius のエンジニアは、お客様と協力して部品に適した肉厚を決定し、設計に関連する固有の課題を管理します。

5.クリエイティブな機会を探る

3D プリント技術は、他の製造方法では不可能な方法で生産プロセスを合理化および最適化する機会をもたらします。これらの機会には、材料を取り除いて強度を損なうことなく部品を軽量化することが含まれます。 3D プリント パーツの最も効果的な軽量化方法の 1 つは、格子を使用して設計することです。これは、任意の軸に沿ってテッセレーションでき、3D プリント材料の使用量が少なく、パーツ全体の重量を削減できるクロスハッチ構造です。

DFAM 最適化の機会について創造的に考えてください。たとえば、格子は、ハチの巣やサンゴを含む、数多くの自然発生構造に見られます。実際、自然界は、DFAM 最適化のアイデアをさらに広げるための膨大なリソースを表し、潜在的に有用なデザインのインスピレーションを提供します。部品は、重量を超えて、靭性、破壊までの伸び、熱伝達などの特性に対して最適化される場合があります。これらの指標は、たとえば、人間の骨の構造特性に帰結し、3D プリント技術によって (さまざまな程度で) エミュレートされる可能性があります。 .

DFAM の専門知識の価値

テクノロジーの進歩は、アディティブ マニュファクチャリングの状況を変えていますが、人間工学のインプットの重要性を排除していません。 DFAM に移行する場合、最高のエンジニアでさえ、3D 印刷技術用に設計する際に、サードパーティの経験と専門知識、または単に外部のサウンディング ボードを使用することから恩恵を受けることができます。

要するに、探索する利用可能な DFAM リソースはたくさんありますが、対面での問題解決は依然として不可欠です。既存の設計を最適化する場合でも、ゼロから設計を開始する場合でも、Fast Radius のエンジニアリング チームがお手伝いします。今すぐご連絡ください。

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