Design para Manufatura (DFM): 3 Insights-Chave para Reduzir Custos e Acelerar Produção

DFM significa Design para Manufatura e é parte do processo de desenvolvimento de produto iniciado quando seu design muda de desenvolvimento de protótipo para introdução de novo produto. Quando feito corretamente, pode reduzir significativamente seus custos e tempo de fabricação e produção. Neste artigo, discutimos três coisas-chave que você precisa saber sobre DFM e como afeta a fabricabilidade do seu produto.

O que é DFM e por que é importante?

Design para manufatura (DFM) é a prática de projetar produtos com peças e montagens que são fáceis de produzir em massa e montar. É o próximo nível de design de produto necessário para tornar produtos fabricados economicamente. A maioria dos engenheiros experientes, devido a anos de experiência em manufatura, incorpora algum trabalho de design para manufatura em fases anteriores, no entanto, o processo geral é tão detalhado que seu esforço requer sua própria fase. Existe um momento certo para fazer DFM, e pode ser bastante custoso quando feito tarde demais no processo de desenvolvimento de produto. Geralmente, o momento certo para design de manufatura é após o desenvolvimento do conceito ser congelado, vários protótipos construídos e testes suficientes completados onde a equipe técnica está confiante no design.

Como realizar uma análise DFM?

• Revisar e entender a intenção do design.
• Selecionar materiais que atendam aos requisitos de design mantendo em mente todos os processos que adicionam custo.
• Decidir sobre um processo de fabricação final para cada peça baseado na geometria da peça e volumes projetados.
• Projetar peças para que tamanhos de estoque selecionados minimizem remoção de material para reduzir tempo de usinagem.
• Revisar cuidadosamente tolerâncias para assegurar ajuste, forma e função adequados e determinar as tolerâncias mais frouxas possíveis. Tolerâncias devem permitir um bom produto capaz de ser produzido usando o método de fabricação escolhido.
• Revisar a complexidade (custo) de uma única peça versus tempo de montagem para montagens multi-peças.
• Para peças plásticas injetadas, revisar espessura de parede, ângulo de desmolde, nervuras e textura para uniformidade e consistência no processo de moldagem.
• Revisar design de montagens com atenção cuidadosa à ordem de montagem, número de peças e tempo de montagem requerido.
• Minimizar o número de tamanhos diferentes de hardware necessários, reduzindo assim as ferramentas necessárias.
• Minimizar o número de dispositivos de fixação e gabaritos de montagem necessários.
• Toleranciar peças para fácil medição durante inspeção de entrada. Tentar evitar que peças precisem ser seccionadas quando medidas.
• Quando produtos contêm eletrônicos, revisar requisitos de segurança para tanto o processo de montagem quanto o uso final pelo cliente.
• Revisar rotulagem adequada do produto para minimizar risco e aderir a requisitos regulatórios e da indústria.

Quais são alguns fatores-chave que afetam o design para manufatura?

Processo de fabricação

Uma coisa que mais afeta um design de produto é o processo necessário para fabricar. Se você projetar cuidadosamente uma peça usinada para minimizar o número de setups, pode manter o custo baixo. Por exemplo, se toda a usinagem ocorre em um lado, elimina a necessidade de desprender e reposicionar para outro lado, reduzindo tempo e custos de mão de obra. Outra coisa que pode minimizar o custo de peças usinadas é o número de trocas de ferramenta necessárias para produzi-las. Por exemplo, se todos os raios são iguais e grandes o suficiente, você pode usar a mesma fresa de topo para remover material e gerar os filetes nos cantos, eliminando a necessidade de troca de ferramenta. Além disso, usar o mesmo tamanho de furos ou furos roscados em toda a peça minimizará trocas de ferramenta. Outra opção durante DFM é eliminar operações secundárias que requerem mover peças para outra máquina. Como quando uma peça de torno tem detalhes completados em uma fresadora ou máquina EDM (Eletroerosão). Com o avanço de centros de usinagem CNC e adição de máquinas de quarto e/ou quinto eixo, isso se tornou menos fator, embora nem todas as oficinas tenham essas máquinas mais novas.

Quantidade de peças

Não é surpresa que a maneira mais rápida de reduzir custo é reduzir o número de peças diferentes produzidas. Dependendo da função e requisitos do usuário, isso pode não ser possível, mas existem algumas estratégias para reduzir quantidade de peças sem sacrificar qualidade do produto. Algumas peças podem ser combinadas de múltiplas peças menores em uma grande peça plástica. Similarmente, montagens modulares permitem adicionar extras a diferentes modelos de produto sem aumentar produção de peças para todas as unidades. Olhe os componentes e veja se você pode usar a mesma peça em múltiplos lugares, como usar a mesma peça para ambas as metades de uma carcaça externa. Produzindo um volume maior de uma peça em vez de quantidades menores de duas peças, você pode cortar drasticamente seu preço de peça. Também pode impactar custos de inspeção e montagem, pois você não terá papelada e controles de qualidade para peças separadas.

Volume de vendas esperado

O volume de vendas esperado desempenha um papel na determinação da produção de peças. Se volumes de produção são altos o suficiente, pode fazer sentido considerar moldagem ou fundição da peça. Embora ambos processos envolvam despesas substanciais de ferramentaria, você pode reduzir preço da peça amortizando custos de ferramentaria sobre a vida útil do produto. Em alguns casos, uma peça de alto volume pode ser inicialmente usinada, pelos primeiros meses, para permitir que o design estabilize. Se não houver mudanças no design da peça, o método de produção pode transicionar para moldagem ou fundição como programa de redução de custo.

Requisitos de acabamento

Os requisitos de acabamento de uma peça também afetam design para manufatura. Muitos acabamentos estão disponíveis baseados em material e fatores ambientais. Por exemplo, peças metálicas precisarão de pelo menos uma operação secundária para completar. A opção mais simples é aço inoxidável que requer apenas processo de limpeza chamado passivação. Com peças de alumínio, as opções são numerosas, com anodização em várias cores, anodização dura, niquelagem, pintura e revestimento em pó sendo as mais populares.

Tolerâncias requeridas

Toleranciação define quais variações nas dimensões do produto são permitidas antes de comprometer a função do produto. Revisar a toleranciação é um aspecto necessário do processo de design de manufatura. A toleranciação de uma peça afeta não apenas o preço, mas montagem e função do produto. Peças devem ser toleranciadas para garantir que se encaixem e funcionem dentro da faixa fornecida nas impressões. Um número excessivo de dimensões ou tolerâncias muito apertadas em peças podem fazer inspeções demorarem mais e custar mais. Tolerâncias mais apertadas também custam mais para fabricar e levam a maior queda de peças. As peças devem ser toleranciadas para que possam ser facilmente verificadas quando inspecionadas. Também pode haver questões de custo se as tolerâncias requererem equipamento especializado para produzir ou inspecionar. A boa notícia é com o advento de centros de usinagem CNC, toleranciação mais apertada é quase certa. Tipicamente, +/- 0,005" costumava ser o padrão, mas agora +/- 0,003" não é mais custoso devido à precisão dos centros de usinagem.

Seleção de material

Seleção de material determina não apenas custo de matéria-prima, mas também taxas de avanço de usinagem (tempo). Com muitos produtos hoje sendo eletromecânicos, o design de placas de circuito impresso e seleção de componentes é crítico. Consideração cuidadosa da disponibilidade de componentes; obsolescência é um problema custoso. Requisitos de transferência de calor de componentes podem impactar desempenho e função de muitas placas eletrônicas. Análise térmica e segurança também são aspectos da revisão DFM de eletrônicos. Uma revisão de verificação de desempenho do produto é necessária para assegurar a segurança dos montadores. Embora isso se relacione a hardware, a criação de software geralmente recebe uma revisão próxima e alguma atualização. Testes e certificação de produtos podem ter impacto significativo no custo, porém, geralmente são certificações únicas (CE ou UL).

Processo de montagem

Com o custo de mão de obra, você precisa considerar o tempo de montagem requerido. Se simplificar peças mudar uma peça em múltiplas peças, requerendo montagem, precisa-se pesar economia de custo contra tempo de montagem adicionado e hardware necessário. Quanto mais simples um produto é para montar, mais econômico será. Além disso, mover para uma única peça complicada pode economizar dinheiro se eliminar a necessidade de dispositivos de alinhamento ou gabaritos. Todos esses fatores precisam de avaliação durante DFM.

É difícil abranger todas as tarefas e nuances do processo DFM em um artigo. Entender que o processo não pode começar até que você faça protótipos e conduza testes suficientes é uma conclusão-chave. Outra seria que o processo é rigoroso e multi-etapas, requerendo trabalho de design integrado cuidadoso feito por engenheiros bem familiarizados com o processo de fabricação antecipado. Ao fazer design para manufatura, não há substituto para experiência. Se você não tem certeza de como começar ou gostaria de conselho especializado sobre projetar suas ferramentas, entre em contato conosco e teremos prazer em ajudar.