Projeto para estratégias de impressão 3D de manufatura aditiva (DfAM)

Design for Additive Manufacturing (DfAM) é o processo de ajustar seu projeto para torná-lo mais barato, rápido ou eficaz de fabricar. Executar o projeto adequado para técnicas de manufatura aditiva pode aumentar o rendimento e economizar tempo e custos ao construir seu processo de manufatura, garantindo que suas impressoras 3D sejam usadas de forma eficaz.

Nos últimos anos, o avanço na tecnologia de impressão 3D criou novas oportunidades no design para o processo de manufatura aditiva. Pela primeira vez, peças geometricamente complexas podem ser tão fáceis de criar quanto peças simples. Mais importante, essas peças podem ser projetadas com os requisitos funcionais em mente.

Existem várias áreas-chave onde o design para manufatura aditiva pode se provar transformador para os processos modernos de fabricação e desenvolvimento

Projeto para manufatura aditiva versus projeto para manufatura tradicional

Tradicionalmente, ao projetar uma peça para fresamento CNC, você precisa considerar a marca e o modelo da sua fresa, as capacidades e o volume de trabalho. Essas considerações são todas orientadas à máquina, enquanto os recursos de alta tolerância, as mudanças de ferramenta e as configurações são todas orientadas por peças.

Além das considerações direcionadas à máquina e à peça, há detalhes como velocidade do fuso, materiais e tipo de ferramenta que impactam ainda mais o processo de fabricação com fresamento CNC. Se você tem uma peça complexa, é mais fácil fazer em uma máquina mais complexa, mas essas máquinas são mais caras.

O projeto para fresamento CNC requer consideração antecipada de cada operação necessária para produzir uma peça, bem como a ferramenta associada necessária para realizar essa operação.

O design para impressão 3D compartilha algumas semelhanças com a manufatura tradicional. Alguns aspectos do design de impressão 3D dependem do processo e outros da impressora. Como a impressão 3D é um processo aditivo em vez de subtrativo, as seções transversais das peças são extrudadas umas sobre as outras, camada por camada, para construir seu modelo. O número de operações e ferramentas necessárias é simplificado para apenas uma ou duas, o que elimina considerações operacionais como trocas de ferramenta, folga de ferramenta, configurações e fixação personalizada que normalmente são necessárias antes de iniciar um trabalho CNC.

Por exemplo, uma peça produzida com fresamento CNC, consistindo em cinco operações distintas, usando três ferramentas de corte diferentes, duas configurações e um conjunto de mandíbulas macias personalizadas pode ser produzida com uma impressora 3D em uma única operação, usando uma ferramenta, e não configuração adicional. A mesma simplificação também se aplica a peças que requerem 20 operações, oito ferramentas e quatro configurações. Isso abre uma ampla gama de oportunidades de design, mas também traz suas limitações que devem ser levadas em consideração em seu design.

Um de manufatura aditiva a maior vantagem é que uma parte complexa é tão simples de configurar quanto uma parte básica.

Vamos pegar dois projetos de peças diferentes como exemplo - o Projeto nº 1 é uma peça simples com um furo vertical e o Projeto nº 2 apresenta um furo em ângulo, que não é tão simples de fabricar.

O projeto nº 1 exigiria uma configuração de usinagem simples se você estivesse fresando. O projeto 2 precisaria de uma máquina mais complexa ou de uma configuração de fixação mais envolvente. Duas abordagens de usinagem completamente diferentes para uma ligeira diferença no design.

Com a impressão 3D, você não precisa de duas abordagens diferentes. Você pode enviar ambas as partes para o software de impressão 3D e imprimir em impressão. A impressora faz toda a configuração para você, portanto, uma peça geometricamente complexa exige o mesmo tempo e esforço para configurar que uma peça simples.

Isolando características geometricamente complexas em DfAM

Uma das desvantagens de um processo de impressão de plástico baseado em deposição é que as peças são anisotrópicas, de modo que a resistência do material será diferente ao longo dos planos paralelos à base de impressão e ao longo do eixo normal a ela. Pense nisso como uma pilha de post-its. É difícil quebrar nas superfícies, mas é fácil separar nas costuras entre as fatias discretas de material.

Portanto, com design para manufatura aditiva, é importante pensar não apenas na capacidade de impressão de uma peça, mas em seu desempenho e em como ela atende aos seus requisitos funcionais.

Podemos resumir isso usando uma forma de tetraedro simples como exemplo. A primeira iteração disso é um tipo básico de forma em bloco. Funciona, mas é basicamente como um modelo CAD em blocos. É fácil chegar a esse estágio, chamá-lo de bom e clicar em imprimir. Esta seria uma impressão de nove horas e custaria US $ 12,63.

Se esperamos passar por várias cópias ou revisões deste modelo, podemos fazer algumas melhorias para economizar tempo e custos. Podemos reduzir o tempo de impressão cortando muito do material no centro, mas mantendo a integridade estrutural da peça com nervuras em vez de um bloco sólido.

Essa versão da peça levaria seis horas e custaria US $ 6,12 para ser impressa, mas do ponto de vista estrutural, esta peça é anisotrópica. Quando aplicamos uma carga à peça, ela pode sofrer cisalhamento ao longo das linhas da camada. Portanto, precisamos repensar os requisitos desta parte.

Nos preocupamos com a força, pois ela pode precisar suportar uma grande carga e também nos preocupamos com os ângulos necessários para torná-la um tetraedro regular. Esses ângulos são geometrias complexas que precisam ser precisas e a peça não pode quebrar nessas vigas. Se quisermos iterar rapidamente nesta versão da peça e modificar aspectos do design, temos que fazer isso em ciclos de seis horas ou mais. É aqui que podemos realmente usar a impressão 3D a nosso favor.

Com a impressão 3D, você pode isolar os componentes complexos críticos, que neste caso são os cantos. Contornamos os elementos anisotrópicos da peça com tarugos enquanto conservamos a geometria geral. Se algo precisar ser mudado na peça, cada unidade de canto é um trabalho de impressão de meia hora e custa $ 0,50 USD, então você pode iterar muito mais rápido em cada junta se precisar, e se quiser mudar o tamanho de a parte que você precisa fazer é trocar os pinos-guia sem reimprimir os cantos.

Aqui, a impressão 3D é perfeita para este projeto porque isolamos os recursos geometricamente complexos. Esta é a chave para projetar a manufatura aditiva. Identifique quais aspectos do design podem ser utilizados no processo de camada por camada. Isso afeta os custos e o tempo de impressão, melhora o fluxo de trabalho e a funcionalidade da peça e torna mais fácil iterar e modificar.

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