Conception pour la fabrication (DFM) : 3 informations clés pour réduire les coûts et accélérer la production

DFM signifie Design for Manufacturing (conception pour la fabrication) et fait partie du processus de développement de produit initié lorsque votre design passe du développement de prototype à l'introduction de nouveau produit. Quand c'est bien fait, cela peut réduire significativement vos temps et coûts de fabrication et production. Dans cet article, nous discutons trois choses clés que vous devez savoir sur le DFM et comment il affecte la fabricabilité de votre produit.

Qu'est-ce que le DFM et pourquoi est-il important ?

La conception pour la fabrication (DFM) est la pratique de concevoir des produits avec des pièces et assemblages faciles à produire en série et assembler. C'est le niveau suivant de conception de produit nécessaire pour rendre les produits manufacturés économiquement. La plupart des ingénieurs expérimentés, grâce à des années d'expérience en fabrication, intègrent un certain travail de conception pour la fabrication dans les phases antérieures, cependant, le processus global est si détaillé que son effort nécessite sa propre phase. Il y a un bon moment pour faire le DFM, et cela peut être assez coûteux quand c'est fait trop tard dans le processus de développement de produit. Généralement, le bon moment pour la conception de fabrication est après que le développement de concept est figé, plusieurs tours de prototypes construits, et assez de tests complétés où l'équipe technique est confiante dans le design.

Comment effectuer une analyse DFM ?

• Examiner et comprendre l'intention du design
• Sélectionner des matériaux qui répondent aux exigences de conception tout en gardant à l'esprit tous les processus qui ajoutent des coûts
• Décider d'un processus de fabrication final pour chaque pièce basé sur la géométrie de la pièce et les volumes projetés
• Concevoir les pièces pour que les tailles de matière première sélectionnées minimisent l'enlèvement de matériau pour réduire le temps d'usinage
• Examiner attentivement le tolérancement pour assurer un bon ajustement, forme et fonction et déterminer les tolérances les plus larges possibles. Les tolérances devraient permettre un bon produit capable d'être produit en utilisant la méthode de fabrication choisie.
• Examiner la complexité (coût) d'une pièce unique versus le temps d'assemblage pour les assemblages multi-pièces
• Pour les pièces en plastique injecté, examiner l'épaisseur de paroi, le dépouille, les nervures et la texture pour l'uniformité et la cohérence dans le processus de moulage
• Examiner la conception des assemblages avec une attention particulière à l'ordre d'assemblage, le nombre de pièces et le temps d'assemblage requis
• Minimiser le nombre de tailles différentes de quincaillerie nécessaires, réduisant ainsi les outils requis
• Minimiser le nombre de gabarits et dispositifs d'assemblage requis
• Tolérer les pièces pour une mesure facile lors de l'inspection entrante. Essayer d'empêcher les pièces d'avoir besoin d'être sectionnées quand mesurées
• Quand les produits contiennent de l'électronique, examiner les exigences de sécurité pour le processus d'assemblage et l'utilisation finale par le client
• Examiner l'étiquetage produit approprié pour minimiser le risque et adhérer aux exigences réglementaires et industrielles

Quels sont les facteurs clés qui affectent la conception pour la fabrication ?

Procédé de fabrication

Une chose qui affecte le plus une conception de produit est le processus nécessaire pour fabriquer. Si vous concevez soigneusement une pièce usinée pour minimiser le nombre de positionnements, cela peut garder le coût bas. Par exemple, si tout l'usinage se produit sur un côté, cela élimine le besoin de débrider et repositionner sur un autre côté, réduisant ainsi le temps et les coûts de main-d'œuvre. Une autre chose qui peut minimiser le coût des pièces usinées est le nombre de changements d'outils requis pour les produire. Par exemple, si tous les rayons sont les mêmes et assez grands, vous pouvez utiliser le même fraise à bout pour enlever le matériau et générer les congés dans les coins, éliminant le besoin de changement d'outil. Aussi, utiliser les mêmes tailles de trous ou trous taraudés à travers la pièce minimisera les changements d'outils. Une autre option pendant le DFM est d'éliminer les opérations secondaires qui nécessitent de déplacer les pièces vers une autre machine. Comme quand une pièce de tour a des détails complétés sur une fraiseuse ou une machine EDM (Usinage par Décharge Électrique). Avec l'avancement des centres d'usinage CNC et l'ajout de machines à quatrième et/ou cinquième axe, cela est devenu moins un facteur, bien que tous les ateliers n'aient pas ces machines plus récentes.

Quantité de pièces

Il n'est pas surprenant que le moyen le plus rapide de réduire le coût est de réduire le nombre de pièces différentes produites. Selon la fonction et les exigences utilisateur, cela peut ne pas être possible, mais il y a quelques stratégies pour réduire la quantité de pièces sans sacrifier la qualité du produit. Certaines pièces peuvent être combinées de plusieurs petites pièces en une grande pièce en plastique. De même, les assemblages modulaires vous permettent d'ajouter des extras à différents modèles de produit sans augmenter la production de pièces pour toutes les unités. Regardez les composants et voyez si vous pouvez utiliser la même pièce à plusieurs endroits, comme utiliser la même pièce pour les deux moitiés d'un boîtier externe. En produisant un volume plus élevé d'une pièce au lieu de plus petites quantités de deux pièces, vous pouvez drastiquement réduire votre prix pièce. Cela peut aussi impacter les coûts d'inspection et d'assemblage car vous n'aurez pas de paperasse et contrôles qualité pour des pièces séparées.

Volume de ventes attendu

Le volume de ventes attendu joue un rôle dans la détermination de la production de pièces. Si les volumes de production sont assez élevés, il peut être judicieux de considérer le moulage ou la coulée de la pièce. Bien que ces deux processus impliquent des frais d'outillage substantiels, vous pouvez réduire le prix pièce en amortissant les coûts d'outillage sur la durée de vie du produit. Dans certains cas, une pièce à haut volume peut être initialement usinée, pour les premiers mois, pour permettre au design de se stabiliser. S'il n'y a pas de changements de conception de pièce, la méthode de production peut transitionner vers le moulage ou la coulée comme programme de réduction des coûts.

Exigences de finition

Les exigences de finition d'une pièce affectent aussi la conception pour la fabrication. De nombreuses finitions sont disponibles basées sur le matériau et les facteurs environnementaux. Par exemple, les pièces métalliques auront besoin d'au moins une opération secondaire pour compléter. L'option la plus simple est l'acier inoxydable qui ne nécessite qu'un processus de nettoyage appelé passivation. Avec les pièces en aluminium, les choix sont nombreux, avec l'anodisation en plusieurs couleurs, l'anodisation dure, le nickelage, la peinture et le revêtement en poudre étant les plus populaires.

Tolérancement requis

Le tolérancement définit quelles variations dans les dimensions du produit sont autorisées avant de compromettre la fonction du produit. L'examen du tolérancement est un aspect nécessaire du processus de conception de fabrication. Le tolérancement d'une pièce affecte non seulement le prix mais l'assemblage et la fonction du produit. Les pièces devraient être tolérées pour s'assurer qu'elles s'emboîtent et fonctionnent dans la fourchette fournie sur les plans. Un nombre excessif de dimensions ou des tolérances très serrées sur les pièces peuvent causer des inspections plus longues et plus coûteuses. Des tolérances plus serrées coûtent aussi plus cher à fabriquer et mènent à plus de rebut de pièces. Les pièces devraient être tolérées pour qu'elles puissent être facilement vérifiées quand inspectées. Il peut aussi y avoir des problèmes de coûts si les tolérances nécessitent un équipement spécialisé pour produire ou inspecter. La bonne nouvelle est qu'avec l'avènement des centres d'usinage CNC, un tolérancement plus serré est presque acquis. Typiquement, +/- 0,005" était la norme mais maintenant +/- 0,003" n'est pas plus coûteux grâce à la précision des centres d'usinage.

Sélection des matériaux

La sélection des matériaux détermine non seulement le coût de la matière première mais aussi les vitesses d'avance d'usinage (temps). Avec de nombreux produits aujourd'hui étant électro-mécaniques, la conception de circuits imprimés et la sélection de composants est critique. Une considération attentive de la disponibilité des composants ; l'obsolescence est un problème coûteux. Les exigences de transfert de chaleur des composants peuvent impacter la performance et la fonction de nombreuses cartes électroniques. L'analyse thermique et la sécurité sont aussi des aspects de la revue DFM de l'électronique. Une revue de vérification de performance produit est nécessaire pour assurer la sécurité des assembleurs. Bien que cela se rapporte au matériel, la création de logiciel obtient généralement une revue approfondie et quelques mises à jour. Les tests et certifications de produits peuvent avoir un impact significatif sur le coût cependant, ce sont généralement des certifications ponctuelles (CE ou UL).

Processus d'assemblage

Avec le coût de la main-d'œuvre, vous devez considérer le temps d'assemblage requis. Si la simplification des pièces change une pièce en plusieurs pièces, nécessitant l'assemblage, il faut peser les économies de coûts contre le temps d'assemblage ajouté et la quincaillerie nécessaire. Plus un produit est simple à assembler, plus il sera rentable. De plus, passer à une pièce unique complexe peut faire économiser de l'argent si cela élimine le besoin de gabarits ou dispositifs d'alignement. Tous ces facteurs ont besoin d'évaluation pendant le DFM.

Il est difficile d'englober toutes les tâches et nuances du processus DFM dans un article. Comprendre que le processus ne peut pas commencer tant que vous ne faites pas des prototypes et conduisez des tests suffisants est un point clé à retenir. Un autre serait que le processus est rigoureux et multi-étapes, nécessitant un travail de conception intégré soigneux fait par des ingénieurs bien familiarisés avec le processus de fabrication anticipé. Quand on fait de la conception pour la fabrication, il n'y a pas de substitut à l'expérience. Si vous n'êtes pas sûr comment commencer ou souhaitez des conseils d'experts sur la conception de vos outils, contactez-nous et nous serons heureux de vous aider.