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Estrategias de impresión 3D de diseño para fabricación aditiva (DfAM)

Diseño para fabricación aditiva (DfAM) es el proceso de ajustar su diseño para hacerlo más barato, más rápido o más efectivo de fabricar. La ejecución de un diseño adecuado para las técnicas de fabricación aditiva puede aumentar el rendimiento y ahorrar tiempo y costes al construir su proceso de fabricación al garantizar que sus impresoras 3D se utilicen de forma eficaz.


En los últimos años, el avance en la tecnología de impresión 3D ha creado nuevas oportunidades en el diseño del proceso de fabricación aditiva. Por primera vez, las piezas geométricamente complejas pueden ser tan fáciles de crear como las piezas simples. Más importante aún, estas piezas se pueden diseñar teniendo en cuenta los requisitos funcionales.

Hay varias áreas clave en las que el diseño para la fabricación aditiva puede resultar transformador para los procesos modernos de fabricación y desarrollo

Diseño para fabricación aditiva frente a diseño para fabricación tradicional


Tradicionalmente, al diseñar una pieza para fresado CNC, debe tener en cuenta la marca y el modelo de su fresadora, las capacidades y el volumen de trabajo. Todas estas consideraciones son impulsadas por la máquina, mientras que las características de alta tolerancia, los cambios de herramienta y las configuraciones son impulsadas por piezas.


Más allá de las consideraciones impulsadas por la máquina versus la pieza, hay detalles como la velocidad del husillo, los materiales y el tipo de herramienta que impactan aún más el proceso de fabricación con el fresado CNC. Si tiene una pieza compleja, es más fácil de hacer en una máquina más compleja, pero esas máquinas son más caras.


El diseño para fresado CNC requiere una consideración inicial de cada operación requerida para producir una pieza, así como la herramienta asociada necesaria para realizar esa operación.


El diseño para impresión 3D comparte algunas similitudes con la fabricación tradicional. Algunos aspectos del diseño de impresión 3D dependen del proceso y otros dependen de la impresora. Dado que la impresión 3D es un proceso aditivo versus sustractivo, las secciones transversales de las piezas se extruyen una encima de la otra, capa por capa, para construir su modelo. La cantidad de operaciones y herramientas requeridas se simplifica a solo una o dos, lo que elimina consideraciones operativas como cambios de herramientas, espacio libre de herramientas, configuraciones y sujeción de trabajo personalizada que generalmente se necesitan antes de comenzar un trabajo de CNC.


Por ejemplo, una pieza producida con fresado CNC, que consta de cinco operaciones distintas, utilizando tres herramientas de corte diferentes, dos configuraciones y un conjunto de mordazas blandas personalizadas, podría producirse con una impresora 3D en una sola operación, utilizando una herramienta y no configuración adicional. La misma simplificación también se aplica a las piezas que requieren 20 operaciones, ocho herramientas y cuatro configuraciones. Esto abre una amplia gama de oportunidades de diseño, pero también tiene sus limitaciones que deben tenerse en cuenta en su diseño.


Uno de fabricación aditiva La mayor ventaja es que una pieza compleja es tan sencilla de configurar como una básica.


Tomemos dos diseños de piezas diferentes como ejemplo:el diseño n. ° 1 es una pieza simple con un orificio vertical y el diseño n. ° 2 presenta un orificio en ángulo, que no es tan simple de fabricar.


El diseño n. ° 1 requeriría una configuración de mecanizado simple si estuviera fresando. El diseño n. ° 2 necesitaría una máquina más compleja o una configuración de accesorios más complicada. Dos enfoques de mecanizado completamente diferentes para una ligera diferencia en el diseño.


Con la impresión 3D, no necesita dos enfoques diferentes. Puede enviar ambas partes al software de impresión 3D y presionar imprimir. La impresora hace toda la configuración por usted, por lo que una pieza geométricamente compleja requiere la misma cantidad de tiempo y esfuerzo para configurarla que una simple.


Aislamiento de características geométricamente complejas en DfAM


Uno de los inconvenientes de un proceso de impresión de plástico basado en deposición es que las piezas son anisotrópicas, por lo que la resistencia del material será diferente a lo largo de los planos paralelos a la cama de impresión y a lo largo del eje que es normal a ella. Piense en ello como una pila de post-its. Es difícil romper las superficies, pero es fácil separarlas en las costuras entre las discretas rebanadas de material.


Por lo tanto, con el diseño para la fabricación aditiva, es importante pensar no solo en la capacidad de impresión de una pieza, sino también en su rendimiento y en cómo cumple con sus requisitos funcionales.


Podemos resumir esto usando una forma de tetraedro simple como ejemplo. La primera iteración de esto es un tipo básico de forma de bloque. Funciona, pero es básicamente como un modelo CAD de bloques. Es fácil llegar a esta etapa, llamarlo bueno y presionar imprimir. Esta sería una impresión de nueve horas y costaría $ 12.63 USD.


Si esperamos realizar varias copias o revisiones de este modelo, es posible que deseemos realizar algunas mejoras para ahorrar tiempo y costos. Podemos reducir el tiempo de impresión cortando mucho material en el centro pero manteniendo la integridad estructural de la pieza con nervaduras en lugar de un bloque sólido.


Esa versión de la pieza tomaría seis horas y costaría $ 6.12 USD para imprimir, pero desde un punto de vista estructural, esta pieza es anisotrópica. Cuando aplicamos una carga a la pieza, puede cortarse a lo largo de las líneas de la capa. Entonces, necesitamos repensar los requisitos de esta parte.


Nos preocupamos por la fuerza, ya que es posible que deba soportar una gran carga y también nos preocupamos por los ángulos necesarios para convertirlo en un tetraedro regular. Esos ángulos son geometrías complejas que deben ser precisas y la pieza no se puede romper en estas vigas. Si queremos iterar rápidamente en esta versión de la pieza y modificar aspectos del diseño, tenemos que hacerlo en ciclos de seis horas o más. Aquí es donde realmente podemos utilizar la impresión 3D a nuestro favor.


Con la impresión 3D, puede aislar los componentes complejos críticos, que en este caso son las esquinas. Eludimos los elementos anisotrópicos de la pieza con tacos conservando la geometría general. Si es necesario cambiar algo sobre la pieza, cada unidad de esquina es un trabajo de impresión de media hora y cuesta $ 0.50 USD, por lo que puede iterar mucho más rápido en cada junta si lo necesita y si desea cambiar el tamaño de lo único que tiene que hacer es cambiar los pasadores sin volver a imprimir las esquinas.


Aquí, la impresión 3D es perfecta para este diseño porque hemos aislado las características geométricamente complejas. Ésta es la clave del diseño para la fabricación aditiva. Identifique qué aspectos del diseño pueden prestarse al proceso capa por capa. Esto afecta los costos y el tiempo de impresión, mejora el flujo de trabajo y la funcionalidad de las piezas, y facilita la iteración y la modificación.


Impresión 3d

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