Stratégies d'impression 3D de conception pour la fabrication additive (DfAM)

Conception pour la fabrication additive vs conception pour la fabrication traditionnelle

Traditionnellement, lors de la conception d'une pièce pour le fraisage CNC, vous devez prendre en compte la marque et le modèle de votre usine, ses capacités et son volume de travail. Ces considérations sont toutes pilotées par la machine, tandis que les fonctionnalités à haute tolérance, les changements d'outils et les configurations sont tous pilotés par des pièces.

Au-delà des considérations liées à la machine par rapport aux pièces, il existe des détails tels que la vitesse de la broche, les matériaux et le type d'outil qui ont un impact supplémentaire sur le processus de fabrication avec le fraisage CNC. Si vous avez une pièce complexe, c'est plus facile à faire sur une machine plus complexe, mais ces machines sont plus chères.

La conception pour le fraisage CNC nécessite une prise en compte préalable de chaque opération requise pour produire une pièce, ainsi que de l'outil associé nécessaire pour effectuer cette opération.

La conception pour l'impression 3D partage certaines similitudes avec la fabrication traditionnelle. Certains aspects de la conception de l'impression 3D dépendent du processus et d'autres de l'imprimante. Étant donné que l'impression 3D est un processus additif par rapport à un processus soustractif, des sections transversales de pièces sont extrudées les unes sur les autres, couche par couche, pour créer votre modèle. Le nombre d'opérations et d'outils requis est simplifié à un ou deux, ce qui élimine les considérations opérationnelles telles que les changements d'outils, le dégagement des outils, les configurations et le serrage personnalisé qui sont généralement nécessaires avant de commencer un travail CNC.

Par exemple, une pièce produite par fraisage CNC, composée de cinq opérations distinctes, utilisant trois outils de coupe différents, deux configurations et un ensemble de mâchoires souples personnalisées pourrait être produite avec une imprimante 3D en une seule opération, à l'aide d'un seul outil et sans configuration supplémentaire. La même simplification s'applique également aux pièces nécessitant 20 opérations, huit outils et quatre réglages. Cela ouvre un large éventail d'opportunités de conception, mais s'accompagne également de limites qui doivent être prises en compte dans votre conception.

L'un des fabrication additive le plus grand avantage est qu'une pièce complexe est aussi simple à mettre en place qu'une pièce basique.

Prenons l'exemple de deux conceptions de pièces différentes :la conception n°1 est une pièce simple avec un trou vertical et la conception n°2 comporte un trou en angle, ce qui n'est pas aussi simple à fabriquer.

La conception n°1 nécessiterait une configuration d'usinage simple si vous étiez en train de fraiser. La conception n°2 aurait besoin d'une machine plus complexe ou d'une configuration de montage plus complexe. Deux approches d'usinage complètement différentes pour une légère différence de conception.

Avec l'impression 3D, vous n'avez pas besoin de deux approches différentes. Vous pouvez envoyer les deux pièces au logiciel d'impression 3D et appuyer sur imprimer. L'imprimante fait toute la configuration pour vous, donc une pièce géométriquement complexe prend le même temps et les mêmes efforts à configurer qu'une pièce simple.

Isoler des entités géométriquement complexes dans DfAM

L'un des inconvénients d'un processus d'impression plastique basé sur le dépôt est que les pièces sont anisotropes, de sorte que la résistance du matériau sera différente le long des plans parallèles au lit d'impression et le long de l'axe qui lui est normal. Pensez-y comme une pile de post-it. Il est difficile de casser les surfaces, mais il est facile de se séparer au niveau des coutures entre les discrètes tranches de tissu.

Ainsi, avec la conception pour la fabrication additive, il est important de réfléchir non seulement à l'imprimabilité d'une pièce, mais aussi à ses performances et à la manière dont elle répond à vos exigences fonctionnelles.

Nous pouvons résumer cela en utilisant une forme de tétraèdre simple comme exemple. La première itération de ceci est un type basique de forme en blocs. Cela fonctionne, mais c'est fondamentalement comme un modèle CAO de bloc. Il est facile d'arriver à ce stade, d'appeler ça bien et d'appuyer sur imprimer. Ce serait une impression de neuf heures et coûterait 12,63 USD.

Si nous prévoyons de parcourir plusieurs copies ou révisions de ce modèle, nous souhaiterons peut-être apporter quelques améliorations pour gagner du temps et de l'argent. Nous pouvons réduire le temps d'impression en découpant une grande partie du matériau au centre tout en maintenant l'intégrité structurelle de la pièce avec des nervures au lieu d'un bloc solide.

Cette version de la pièce prendrait six heures et coûterait 6,12 USD à imprimer, mais d'un point de vue structurel, cette pièce est anisotrope. Lorsque nous appliquons une charge à la pièce, celle-ci peut se cisailler le long des lignes de couche. Nous devons donc repenser les exigences de cette partie.

Nous nous soucions de la force car cela peut devoir supporter une charge importante et nous nous soucions également des angles nécessaires pour en faire un tétraèdre régulier. Ces angles sont des géométries complexes qui doivent être précises, et la pièce ne peut pas casser sur ces poutres. Si nous voulons itérer rapidement sur cette version de la pièce et modifier des aspects de la conception, nous devons le faire par cycles de six heures ou plus. C'est là que nous pouvons vraiment utiliser l'impression 3D à notre avantage.

Avec l'impression 3D, vous pouvez isoler les composants complexes critiques, qui dans ce cas sont les coins. Nous avons contourné les éléments anisotropes de la pièce avec des chevilles tout en conservant la géométrie d'ensemble. Si quelque chose doit être modifié sur la pièce, chaque unité d'angle est un travail d'impression d'une demi-heure et coûte 0,50 USD, vous pouvez donc itérer beaucoup plus rapidement sur chaque joint si vous en avez besoin et si vous souhaitez modifier la taille de la partie tout ce que vous avez à faire est d'échanger les goupilles sans réimprimer les coins.

Ici, l'impression 3D est parfaite pour cette conception car nous avons isolé les caractéristiques géométriquement complexes. C'est la clé de la conception pour la fabrication additive. Identifiez les aspects de la conception qui peuvent se prêter au processus couche par couche. Cela affecte les coûts et le temps d'impression, améliore le flux de travail et la fonctionnalité des pièces, et facilite l'itération et la modification.