Войти
Дизайн для аддитивного производства (DfAM или DFAM ) есть дизайн для технологичности применительно к аддитивному производству (AM). Это общий тип методов или инструментов проектирования, с помощью которых функциональные характеристики и / или другие ключевые аспекты жизненного цикла продукта, такие как технологичность, надежность и стоимость, могут быть оптимизированы с учетом возможностей технологий аддитивного производства.
Это концепция возникает из-за огромной свободы дизайна, предоставляемой технологиями AM. Чтобы воспользоваться всеми преимуществами уникальных возможностей процессов AM, необходимы методы или инструменты DfAM. Типичные методы или инструменты DfAM включают оптимизацию топологии, проектирование многомасштабных структур (решетчатых или ячеистых структур), проектирование из нескольких материалов, массовую настройку, консолидацию деталей и другие методы проектирования, которые могут использование функций с поддержкой AM.
DfAM не всегда отделен от DFM в более широком смысле, поскольку создание многих объектов может включать как аддитивные, так и вычитающие этапы. Тем не менее, название «DfAM» имеет ценность, поскольку акцентирует внимание на том, что коммерциализация AM в производственных ролях - это не просто вопрос, как переключить существующие части с вычитания на добавление. Скорее, речь идет о перепроектировании целых объектов (сборок, подсистем) с учетом недавно обретенной доступности расширенных AM. То есть это включает в себя их перепроектирование, потому что весь их предыдущий дизайн - включая даже то, как, почему и в каких местах они изначально были разделены на отдельные части - был задуман в рамках ограничений мира, где усовершенствованный AM еще не существовал. Таким образом, вместо простого изменения существующей конструкции детали, позволяющей создавать ее аддитивно, полноценная DfAM включает в себя такие вещи, как переосмысление всего объекта таким образом, чтобы в нем было меньше деталей, или новый набор деталей с существенно другими границами и соединениями. Таким образом, объект может больше не быть сборкой или это может быть сборка с гораздо меньшим количеством деталей. Многие примеры такого глубокого практического воздействия DfAM появились в 2010-х годах, когда AM значительно расширила свою коммерциализацию. Например, в 2017 году GE Aviation сообщила, что она использовала DfAM для создания вертолетного двигателя с 16 частями вместо 900, что потенциально сильно повлияло на упрощение цепочек поставок. Именно этот радикальный аспект переосмысления привел к таким темам, как «DfAM требует« сбоев на уровне предприятия »». Другими словами, прорывные инновации, которые может допустить AM, могут логически распространяться на все предприятие и его цепочку поставок, а не только изменять компоновку цеха механического цеха.
DfAM включает в себя как общие темы (которые применимы ко многим процессам AM), так и оптимизацию, специфичную для конкретного процесса AM. Например, анализ DFM для стереолитографии максимизирует DfAM для этой модальности.
Аддитивное производство определяется как процесс соединения материалов, при котором продукт может быть изготовлен непосредственно из его 3D-модели, обычно слой за слоем. По сравнению с традиционными производственными технологиями, такими как обработка с ЧПУ или литье, процессы AM обладают рядом уникальных возможностей. Это позволяет изготавливать детали сложной формы, а также распределять сложный материал. Эти уникальные возможности значительно расширяют свободу дизайна для дизайнеров. Однако они также несут большую проблему. Традиционный Дизайн для производства (DFM) правила или рекомендации глубоко укоренились в сознании дизайнеров и строго ограничивают возможности дизайнеров в дальнейшем улучшении функциональных характеристик продукта, используя преимущества этих уникальных возможностей, предоставляемых процессами AM. Более того, традиционные инструменты CAD, основанные на элементах, также трудно справятся с нестандартной геометрией для улучшения функциональных характеристик. Для решения этих проблем необходимы методы или инструменты проектирования, которые помогут дизайнерам в полной мере использовать преимущества свободы проектирования, предоставляемые процессами AM. Эти методы или инструменты проектирования можно отнести к категории «Дизайн для аддитивного производства».
Оптимизация топологии - это метод структурной оптимизации, который может оптимизировать расположение материалов в заданном пространстве дизайна. По сравнению с другими типичными методами оптимизации конструкции, такими как оптимизация размеров или оптимизация формы, оптимизация топологии может обновлять как форму, так и топологию детали. Однако сложные оптимизированные формы, полученные в результате оптимизации топологии, всегда трудно обрабатывать для традиционных производственных процессов, таких как обработка с ЧПУ. Чтобы решить эту проблему, можно применить процессы аддитивного производства, чтобы получить результат оптимизации топологии. Однако следует отметить, что некоторые производственные ограничения, такие как минимальный размер элемента, также необходимо учитывать в процессе оптимизации топологии. Поскольку оптимизация топологии может помочь разработчикам получить оптимальную сложную геометрию для аддитивного производства, этот метод можно рассматривать как один из методов DfAM.
Благодаря уникальным возможностям процессов AM, детали с многомасштабной сложностью могут быть реализованы. Это дает конструкторам большую свободу при проектировании для использования ячеистых структур или решетчатых структур на микро- или мезомасштабах для получения предпочтительных свойств. Например, в аэрокосмической области решетчатые конструкции, изготовленные методом AM, могут использоваться для снижения веса. В области биомедицины биоимплант, сделанный из решетчатых или ячеистых структур, может улучшить остеоинтеграцию.
Детали с несколькими материалами или сложным распределением материалов могут быть получены с помощью аддитивного производства процессы. Чтобы помочь конструкторам воспользоваться этим преимуществом, было предложено несколько методов проектирования и моделирования для поддержки проектирования детали с использованием нескольких материалов или функционально согласованных материалов. Эти методы проектирования также бросают вызов традиционной системе CAD. Большинство из них сейчас могут иметь дело только с однородными материалами.
Поскольку в аддитивном производстве можно напрямую изготавливать детали по цифровой модели продукта, это значительно снижает стоимость и время изготовления индивидуальных продуктов. Таким образом, как быстро создавать индивидуализированные детали становится центральной проблемой для массовой настройки. Было предложено несколько методов проектирования, чтобы помочь дизайнерам или пользователям легко получить индивидуальный продукт. Эти методы или инструменты также можно рассматривать как методы DfAM.
Из-за ограничений традиционных методов производства некоторые сложные компоненты обычно разделяются на несколько частей для упрощения изготовления, а также сборки. Эту ситуацию изменило использование аддитивных технологий производства. Было проведено несколько тематических исследований, чтобы показать, что некоторые части в исходной конструкции могут быть объединены в одну сложную деталь и изготовлены с помощью процессов аддитивного производства. Этот процесс модернизации можно назвать объединением деталей. Исследование показывает, что объединение деталей не только сокращает количество деталей, но и может улучшить функциональные характеристики продукта. Методы проектирования, которые могут помочь проектировщикам выполнить консолидацию деталей, также можно рассматривать как разновидность методов DfAM.
Решетчатые структуры - это разновидность ячеистых структур (т.е. открытых). Эти конструкции раньше было трудно изготовить, поэтому они не получили широкого распространения. Благодаря возможности изготовления произвольной формы с помощью технологии аддитивного производства теперь возможно проектировать и производить сложные формы. Решетчатые конструкции обладают высокой прочностью, низкими массовыми механическими свойствами и многофункциональностью. Эти конструкции можно найти в деталях в аэрокосмической и биомедицинской промышленности. Было замечено, что эти решетчатые структуры имитируют атомную кристаллическую решетку, где узлы и стойки представляют атомы и атомные связи, соответственно, и называются метакристаллами. Они подчиняются металлургическим принципам упрочнения (упрочнение границ зерен, дисперсионное упрочнение и т. Д.) При деформации. Кроме того, сообщалось, что предел текучести и пластичность стоек (метаатомные связи) могут быть резко увеличены за счет использования феномена неравновесного затвердевания в аддитивном производстве, тем самым увеличивая характеристики объемных структур.
