Projeto para fabricação de aditivos para acessórios e ferramentas

É por isso que o design para manufatura aditiva ainda não foi adotado pela maioria das empresas. O projeto de fixação tradicional é orientado pelas capacidades e limitações das máquinas em que os fabricamos. Os fabricantes costumam usar CNCs de 3 eixos ou máquinas-ferramentas manuais para criar acessórios de chão de fábrica.

A fim de serem eficientes em termos de tempo e custo, esses acessórios tendem a permanecer muito volumosos. Isso ocorre porque os fabricantes querem limitar o tempo gasto em equipamentos de produção e gastar mais tempo fazendo os produtos do cliente. Isso faz com que as empresas vejam a produção de louças como uma atividade sem valor agregado, apesar de sua importância na produção dos produtos finais.

Os problemas que esses fabricantes acabam nos procurando são o tempo de máquina (ou seja, o tempo de entrega parcial) e a falta de recursos humanos disponíveis. Os prazos de entrega de peças em uma oficina mecânica costumam ser calculados em semanas e, quando você finalmente consegue o tempo da máquina, acaba interrompendo ou atrasando alguma outra coisa. Depois de ter a máquina, você precisará de um maquinista para escrever o código ou fazer o trabalho manualmente. Portanto, você precisa de um operador qualificado, capaz de realizar o trabalho.

Embora geralmente fabricemos peças complexas com geometrias orgânicas, muitas vezes acabamos com o design de fixação de “blocos em uma placa”. No entanto, isso faz sentido. Queremos limitar o tempo que demoramos em nossas máquinas e nosso material de estoque geralmente vem em barras quadradas, tubos ou folhas. Esse status quo nos deixa com longos prazos de entrega, acessórios grandes e volumosos que precisam ser armazenados em torno de nossas instalações e uma alta proporção de custo por peça quando consideramos o custo de mão de obra e tempo de máquina.

A “solução rápida” aditiva

Em resposta a esses desafios, muitos fabricantes adotaram a solução aditiva de “solução rápida”. Eles se voltaram para a manufatura aditiva para tentar lidar com os desafios internos de tempo e recursos.

Sem ter que fazer nenhuma alteração no design, a impressora oferece imediatamente uma válvula de liberação na fila da oficina mecânica e gira as peças com mais rapidez, funcionando sem supervisão durante o dia e a noite. Ele permite a produção de acessórios mais barata, não exigindo nenhum trabalho manual, ao mesmo tempo que utiliza uma variedade de materiais para atender aos requisitos das peças. Em muitos casos, ele também oferece uma melhoria ergonômica instantânea em relação a uma contraparte de metal sólido.

Portanto, quando verificamos os usuários de manufatura de FDM, vemos muitos desses projetos.

Este é um exemplo de um de nossos clientes. Eles fazem 12 desses acessórios todos os anos em alumínio. Sua loja está sempre ocupada, então eles acabam terceirizando sua produção. Com os métodos atuais, um acessório custa mais de US $ 3.000 e leva de 4 a 6 semanas para ser adquirido. Esse cenário é muito comum quando falamos com empresas de manufatura.

Compare isso com um sólido acessório ABS 3D impresso. O custo seria de US $ 190 e levaria cerca de 19 horas, um pouco menos de um dia, para produzir.

Quando aplicamos o design para princípios aditivos, podemos levar essas melhorias um passo adiante. Usando o design visto acima, podemos novamente reduzir o custo para US $ 76 e o ​​tempo de impressão para 11 horas. Isso representa um custo de 60% e uma economia de tempo de 42%, em comparação com a impressão do design tradicional.

Erros comuns ao projetar para fabricação de aditivos

Antes de entrarmos nas melhores práticas de design, gostaria de repassar alguns mal-entendidos sobre design para aditivos e destacar 2 erros comuns que vejo as pessoas cometerem.

A frase “design para aditivos” é um termo extremamente amplo. Você pode pensar nisso como um nível abaixo de um termo como “design para manufatura”. Às vezes, as pessoas ficam confusas quando nos perguntam sobre o design para aditivos e perguntamos:"O que você está tentando fazer?" e “Qual máquina você está usando?”

Isso é importante porque cada tipo de impressora 3D tem seu próprio conjunto de práticas recomendadas. Existem dezenas de tipos de impressoras 3D agora, nomes como FDM, SLA, Polyjet, Binder Jet, DMLS, etc. Cada um tem variações dentro dessa subfamília. Assim como uma fresadora e um torno têm princípios de design diferentes, cada sistema de aditivos terá um conjunto exclusivo de regras.

Muitas pessoas também presumem que a manufatura aditiva resolve todos os seus problemas sem quaisquer inconvenientes. Embora o aditivo seja extremamente versátil e tenha um grande impacto na fabricação, não é a solução mágica que pode ser encenada. Um exemplo disso podem ser os componentes que você pode adquirir facilmente por um preço baixo. Recebemos solicitações de impressão de peças que você pode comprar online por alguns centavos, como parafusos, parafusos e outros. Precisamos entender e avaliar quais aplicativos exigem impressão 3D e quando os componentes produzidos em massa são a melhor opção.

Erros comuns

Os dois erros mais comuns que vemos ao projetar para manufatura aditiva são descasque e esvaziamento de peças impressas em 3D FDM. Não estou me referindo a nenhum preenchimento ou preenchimento extremamente esparso, em vez disso, me refiro à modelagem em cavidades ocas na geometria da peça na tentativa de economizar dinheiro em custos de material.

Quase sempre, isso tem o efeito oposto ao pretendido. As impressoras FDM requerem material de suporte para saliências. Quando os designers ocasionam peças ocas ou vazadas, eles geralmente criam saliências muito grandes que precisam ser recarregadas com materiais de suporte. Às vezes, as peças vazadas podem ter um material de suporte impossível de remover após a conclusão da impressão!

Neste exemplo de shell, temos uma pequena redução no uso geral de material, mas nosso tempo de construção aumentou quase uma hora. Isso ocorre porque os sistemas que alternam entre o modelo e o material de suporte exclusivo precisam alternar constantemente cada camada entre os dois materiais.

O esvaziamento novamente nos mostra uma ligeira diminuição no uso geral de material, mas um aumento no tempo de impressão. Além disso, este cenário cria suportes presos que nunca podem ser removidos da impressão final.

6 Design para regras aditivas para FDM

Agora que entendemos os desafios e mal-entendidos do design para manufatura aditiva (DFAM), vamos nos aprofundar em algumas das regras de design mais fáceis e comuns que você pode usar com sua impressora FDM.

1. Ângulos de autossuficiência

Às vezes chamada de regra de 45 graus, esta regra afirma que as peças FDM não precisam de suportes, desde que as saliências estejam a menos de 45 graus da vertical. Esta é uma das alterações de projeto mais rápidas e fáceis que você pode fazer nas peças existentes. Isso reduzirá o uso de material de suporte e diminuirá os tempos de impressão. Uma observação importante para essa regra é que nem todos os materiais usam 45 graus como corte. Isso varia de acordo com o tipo de material, geralmente caindo entre 40 graus e 60 graus.

2. Eliminando materiais de características volumosas

A eliminação de material de características volumosas é geralmente o que os engenheiros buscam quando projetam peças ocas ou cascas. É verdade que você pode reduzir bastante o uso de material ao imprimir em 3D, mas precisamos estar atentos à maneira como o fazemos.

Um dos truques que você pode usar ao tentar eliminar o material é focar nas superfícies de contato. Comece projetando pontos de contato, como o rosa visto acima, onde a peça irá interagir com o acessório. A partir desse ponto, seu projeto pode ser baseado no objetivo final da peça, seja adicionando força adicional ou geralmente leve.

3. Força seletiva por faces

A força seletiva por face é outra ferramenta usada para projetar peças leves enquanto mantém a integridade estrutural. GrabCAD Print permite aos usuários importar geometria CAD nativa; coisas como rostos e corpos podem ser referenciados dentro do programa. Podemos selecionar corpos e faces individuais e especificar densidades de preenchimento e espessuras de parede. Isso nos permite colocar o material apenas onde precisamos de mais resistência, para que não tenhamos que imprimir toda a peça completamente sólida.

4. Força seletiva por corpo

Assim como a força seletiva por face, a força seletiva por corpos permite que os usuários controlem os níveis de preenchimento entre corpos CAD separados. Este é um exemplo simplificado, mas ao adicionar corpos finos dentro de uma peça, você pode criar nervuras estruturais, garantindo o desempenho mecânico enquanto mantém uma peça esparsa e leve.

5. Metal Inserst

As pastilhas de metal são uma excelente escolha se uma área de uma peça impressa em 3D apresentar desgaste excessivo. Em vez de ter que reimprimir constantemente a peça inteira, colocar uma inserção de metal como uma porca, arruela ou inserção roscada ajustada a quente permitirá uma maior vida útil da peça.

Insertos embutidos como porcas e arruelas exigem que um furo seja modelado na geometria CAD onde serão colocados. Para incluir uma arruela ou porca em sua impressão, configure sua impressora para pausar uma ou duas camadas antes de tampar o orifício onde a inserção será colocada. Isso permite que você vá até a impressora, insira o encarte e retome a impressão. Se você estiver imprimindo diretamente em uma superfície de metal, recomendamos pulverizar a superfície de contato de metal com um spray de acrílico para garantir a qualidade de impressão.

As inserções do conjunto de calor permitem o enfiamento repetido que o plástico exposto não pode suportar. Eles são colocados após a impressão usando um ferro de solda. É importante que você deixe um pouco de material sólido extra para a inserção nas laterais do orifício onde será colocada. No GrabCAD Print, você pode especificar o tamanho do inserto que planeja usar e o software mudará automaticamente o tamanho do furo e fornecerá material de parede extra.

6. Conjuntos consolidados

Voltando ao exemplo das luminárias volumosas, podemos ver que a impressão desta peça reduz o número de peças de 18 para 1, e pode ser fabricada sem qualquer montagem.

Outro método popular usado por aqueles que exigem acessórios mais complexos é usar o que se chama de ferramentas híbridas. Essas ferramentas híbridas incorporam elementos como fixadores de metal, sistema hidráulico, mangueiras e outros acessórios necessários para aplicações mais avançadas.

Este exemplo da Genesis Systems mostra uma ferramenta de ponta de braço fabricada tradicional ao lado de uma ferramenta impressa em 3D reprojetada que incorpora linhas de ar e fixadores de metal. O Genesis foi capaz de reduzir bastante o peso da ferramenta, permitindo que eles usassem um robô mais rápido, menor e mais barato para esta aplicação.

O próximo exemplo vem da Ford. A ferramenta original à esquerda é criada em alumínio e é usada para ajudar os operadores a instalar janelas em seus conversíveis. Este acessório era muito volumoso, apesar de ser feito de alumínio. Também danificaria a pintura do carro se não fosse controlada, causando um atraso e um custo extra. O redesenho impresso em 3D à direita incorpora as mesmas linhas de ar e fixadores necessários enquanto utiliza nervuras internas para suporte. O novo design impresso em 3D pesa menos de 7,5 libras.

Projeto para conclusão aditiva

Concluindo tudo, falamos sobre:

• Ferramentas fabricadas tradicionalmente e como nossos métodos de fabricação e matéria-prima orientam nossas escolhas de design. Falamos sobre o desejo de reduzir os prazos de entrega de peças e as principais restrições são a disponibilidade de máquinas e mão de obra qualificada.
• Mesmo quando usam designs tradicionais, as empresas ainda veem benefícios ao mudar para a manufatura aditiva. Esses designs impressos diretos geralmente melhoram em tempo de execução, custo e ergonomia geral devido à leveza.
• Mal-entendidos sobre a frase “design para manufatura aditiva”, por exemplo, como o termo é excessivamente amplo. Vimos os erros comuns de esvaziamento e descascamento ao usar a tecnologia de impressão FDM.
• Por fim, analisamos 6 dicas fáceis de design que você pode implementar em seus projetos futuros para reduzir ainda mais o tempo para a peça, o custo da peça e melhorar a funcionalidade geral.

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