AM使设计制造成为可能,而不是反过来
增材制造允许我们做出任何我们想要的形状,而不必根据制造过程调整设计。
良好的设计师和工程师知道如何为制造设计。使用他们的经验和指导方针进行各种过程,它们可以设计对机器,铸造,伪造或以其他方式变成所需的形状的零件。通过一些估计,设计师和工程师花费30%至50%的时间设计形状以实现所需的功能,以及他们的其余时间适应将用于制造它的制造过程。虽然这很重要,但令思考花了多少时间来设计制造业。
添加剂制造(AM)改变。随着我,我们终于拥有了设计的制造,因为我们可以通过这项技术进行几乎任何形状。AM系统不在乎,所以说它是制作固体块还是复杂的有机形状;电脑刚刚讲述激光或沉积头部在每个层中熔化或沉积材料。然而,正如我们过去讨论的那样,某些形状比其他形状更容易制造。例如,在金属中印刷的悬垂特征通常需要支撑结构,薄壁可以根据其构建方向塌陷或损坏,并且厚的部分可以自身撕裂,因为残留应力在部分内部积聚。
虽然没有一个AM设备供应商愿意承认这一点,但这些考虑确实限制了哪些类型的部件可以用这种技术轻松制造。幸运的是,AM仍然有足够的机会来生产传统工艺无法制造的几何图形。它的机会主义和限制性的本质证明了增材制造(DFAM)的设计是如何同时释放和约束的。设计师的限制性思维和机会主义思维的程度取决于AM的使用方式。我通常认为有三个用例:复制AM,适应AM和优化AM。
用上午复制
在这种情况下,给出的几何形状并无法修改,因为目标是完全复制现有部分。一个例子是链接和装配美国海军直升机,我在之前的博客文章中讨论过.复制AM通常是组织开始的地方,因为他们想要能够在AM部分和传统制作的对应部分之间进行“苹果对苹果”的比较。这里唯一的好处是速度,因为这部分是完全复制的。它的成本不会更低(事实上,考虑到AM系统的原料成本,它的成本可能会更高),而且它的性能不会更好,也不会更轻或更强。事实上,由于零件的几何形状是设计成使用传统制造工艺而不是AM制造的,DFAM的限制性本质在这个用例中最适用(见图)。
适应AM
在这种用例中,给出了几何形状,但可以修改以最小化或避免AM的限制性方面(悬垂,支撑结构,薄壁,厚截面等)。在活塞冠的例子描述在另一篇文章,我们改编了原始设计,并且能够减少支持结构(限制性DFAM),同时增强具有保形冷却通道(机会DFAM)的内部几何形状。适用的设计更快,需要几乎没有后处理,并提供改进的传热以获得更好的性能。适应设计的设计减少了可以推动成本的过程的限制性方面,并利用机会来提高性能。因此,如果与AM复制比较苹果对苹果进行复制,则适应AM就像将苹果与橙子的比较一样。
优化AM
在这种用例中,几何体专门为AM设计。这是生成的设计工具,如拓扑优化,晶格结构,生物化等才能发挥并利用AM的机会主义方面。这在这篇文章中突出的轻质油气和气体部分是这个例子。通过使用晶格结构和思考设计过程中的部分取向和悬垂,我们能够积极地制造重量较轻的部件,所以不需要支撑结构和允许的材料替代,从而提高了零件寿命。
如果前两个用例是类似于比较水果水果,然后第三个用例是喜欢比较水果蔬菜你可以得到相同的营养,但是你可能吃的是一个完全不同类型的食物,你可能没有考虑过。同样,对于AM,我们可以重新思考我们想要达到的目标,而不是被制作它的过程所限制。这就是AM可以带我们去的地方。