Diseño para Fabricación (DFM): 3 claves para reducir costes y acelerar producción

DFM significa Diseño para Fabricación y es parte del proceso de desarrollo de producto iniciado cuando su diseño pasa de desarrollo de prototipo a introducción de nuevo producto. Cuando se hace correctamente, puede reducir significativamente sus tiempos y costes de fabricación y producción. En este artículo, discutimos tres cosas clave que necesita saber sobre DFM y cómo afecta la fabricabilidad de su producto.

¿Qué es DFM y por qué es importante?

Diseño para Fabricación (DFM) es la práctica de diseñar productos con piezas y ensamblajes que sean fáciles de producir en masa y ensamblar. Es el siguiente nivel de diseño de producto necesario para hacer productos fabricados económicamente. La mayoría de ingenieros experimentados, debido a años de experiencia en fabricación, incorporan algo de trabajo de diseño para fabricación en fases anteriores, sin embargo, el proceso general es tan detallado que su esfuerzo requiere su propia fase. Hay un momento adecuado para hacer DFM, y puede ser bastante costoso cuando se hace demasiado tarde en el proceso de desarrollo de producto. Generalmente, el momento adecuado para diseño de fabricación es después de que el desarrollo de concepto está congelado, se han construido varias rondas de prototipos, y se ha completado suficiente prueba donde el equipo técnico confía en el diseño.

¿Cómo realizar un análisis DFM?

• Revisar y entender la intención del diseño.
• Seleccionar materiales que cumplan requisitos de diseño manteniendo en mente todos los procesos que añaden coste.
• Decidir un proceso de fabricación final para cada pieza basado en geometría de la pieza y volúmenes proyectados.
• Diseñar piezas para que los tamaños de stock seleccionados minimicen la eliminación de material para reducir tiempo de mecanizado.
• Revisar cuidadosamente el toleranciamiento para asegurar ajuste, forma y función adecuados y determinar las tolerancias más laxas posibles. Las tolerancias deben permitir un buen producto capaz de ser producido usando el método de fabricación elegido.
• Revisar la complejidad (coste) de una sola pieza versus el tiempo de ensamblaje para ensamblajes multi-pieza.
• Para piezas de plástico moldeado por inyección, revisar espesor de pared, ángulo de desmoldeo, nervios y textura para uniformidad y consistencia en el proceso de moldeo.
• Revisar diseño de ensamblajes con atención cuidadosa a orden de ensamblaje, número de piezas y tiempo de ensamblaje requerido.
• Minimizar el número de tamaños diferentes de herrajes necesarios, reduciendo así las herramientas requeridas.
• Minimizar el número de utillajes y fijaciones de ensamblaje requeridos.
• Toleranciar piezas para fácil medición durante inspección de entrada. Intentar prevenir que las piezas necesiten ser seccionadas al medir.
• Cuando los productos contengan electrónica, revisar requisitos de seguridad tanto para el proceso de ensamblaje como para el uso final por el cliente.
• Revisar etiquetado de producto adecuado para minimizar riesgo y adherirse a requisitos regulatorios y de la industria.

¿Cuáles son algunos factores clave que afectan el diseño para fabricación?

Proceso de fabricación

Una cosa que afecta más el diseño de un producto es el proceso necesario para fabricar. Si diseña cuidadosamente una pieza mecanizada para minimizar el número de puestas a punto (setups), puede mantener el coste bajo. Por ejemplo, si todo el mecanizado ocurre en un lado, elimina la necesidad de desbloquear y reposicionar a otro lado, reduciendo así tiempo y costes de mano de obra. Otra cosa que puede minimizar el coste de piezas mecanizadas es el número de cambios de herramienta requeridos para producirlas. Por ejemplo, si todos los radios son los mismos y lo suficientemente grandes, puede usar la misma fresa de extremo para eliminar material y generar los filetes en las esquinas, eliminando la necesidad de cambio de herramienta. Además, usar el mismo tamaño de agujeros o agujeros roscados a lo largo de la pieza minimizará cambios de herramienta. Otra opción durante DFM es eliminar operaciones secundarias que requieran mover piezas a otra máquina. Como cuando una pieza de torno tiene detalles completados en una fresadora o máquina EDM (Electroerosión). Con el avance de centros de mecanizado CNC y la adición de máquinas de cuarto y/o quinto eje, esto se ha vuelto menos factor, aunque no todos los talleres tienen estas máquinas más nuevas.

Cantidad de piezas

No es sorpresa que la forma más rápida de reducir coste es reducir el número de piezas diferentes producidas. Dependiendo de la función y requisitos del usuario esto puede no ser posible, pero hay algunas estrategias para reducir cantidad de piezas sin sacrificar calidad del producto. Algunas piezas pueden combinarse de múltiples piezas pequeñas en una gran pieza de plástico. Similarmente, ensamblajes modulares le permiten añadir extras a diferentes modelos de producto sin aumentar producción de piezas para todas las unidades. Mire los componentes y vea si puede usar la misma pieza en múltiples lugares, como usar la misma pieza para ambas mitades de una carcasa exterior. Al producir un mayor volumen de una pieza en lugar de cantidades menores de dos piezas, puede reducir drásticamente su precio por pieza. También puede impactar costes de inspección y ensamblaje ya que no tendrá papeleo y controles de calidad para piezas separadas.

Volumen de ventas esperado

El volumen de ventas esperado juega un papel en determinar la producción de piezas. Si los volúmenes de producción son lo suficientemente altos, puede tener sentido considerar moldeo o fundición de la pieza. Aunque ambos procesos implican gastos sustanciales de utillaje, puede reducir el precio por pieza amortizando costes de utillaje sobre la vida del producto. En algunos casos, una pieza de alto volumen puede ser inicialmente mecanizada, por los primeros meses, para permitir que el diseño se estabilice. Si no hay cambios de diseño de pieza, el método de producción puede transicionar a moldeo o fundición como programa de reducción de coste.

Requisitos de acabado

Los requisitos de acabado de una pieza también afectan el diseño para fabricación. Muchos acabados están disponibles basados en material y factores ambientales. Por ejemplo, piezas metálicas necesitarán al menos una operación secundaria para completar. La opción más simple es acero inoxidable que requiere solo un proceso de limpieza llamado pasivación. Con piezas de aluminio, las opciones son numerosas, con anodizado en varios colores, anodizado duro, niquelado, pintura y recubrimiento en polvo siendo los más populares.

Toleranciamiento requerido

El toleranciamiento establece qué variaciones en las dimensiones del producto están permitidas antes de comprometer la función del producto. Revisar el toleranciamiento es un aspecto necesario del proceso de diseño de fabricación. El toleranciamiento de una pieza afecta no solo el precio sino el ensamblaje y función del producto. Las piezas deben toleranciarse para asegurar que encajan y funcionan dentro del rango provisto en los planos. Un número excesivo de dimensiones o tolerancias muy ajustadas en piezas pueden causar que las inspecciones tarden más y cuesten más. Tolerancias más ajustadas también cuestan más de fabricar y llevan a mayor caída de piezas (fallout). Las piezas deben toleranciarse para que puedan verificarse fácilmente cuando se inspeccionan. También puede haber problemas de coste si las tolerancias requieren equipo especializado para producir o inspeccionar. La buena noticia es con la llegada de centros de mecanizado CNC el toleranciamiento más ajustado casi es un hecho. Típicamente, +/- .005" solía ser el estándar pero ahora +/- .003" no es más costoso debido a la precisión de los centros de mecanizado.

Selección de material

La selección de material determina no solo el coste de materia prima sino también las tasas de avance de mecanizado (tiempo). Con muchos productos hoy siendo electromecánicos, el diseño de circuitos impresos y selección de componentes es crítico. Consideración cuidadosa de la disponibilidad de componentes; la obsolescencia es un tema costoso. Los requisitos de transferencia de calor de componentes pueden impactar el rendimiento y función de muchas placas electrónicas. Análisis térmico y seguridad son también aspectos de la revisión DFM de electrónica. Una revisión de verificación de rendimiento de producto es necesaria para asegurar la seguridad de los ensambladores. Aunque esto se relaciona con hardware, la creación de software generalmente recibe una revisión cercana y alguna actualización. Pruebas y certificación de productos pueden tener impacto significativo en coste sin embargo, usualmente son certificaciones únicas (CE o UL).

Proceso de ensamblaje

Con el coste de mano de obra, necesita considerar el tiempo de ensamblaje requerido. Si simplificar piezas cambia una pieza en múltiples piezas requiriendo ensamblaje, uno necesita sopesar el ahorro de coste contra el tiempo de ensamblaje añadido y herrajes necesarios. Cuanto más simple sea un producto para ensamblar, más rentable será. Además, mover a una sola pieza complicada puede ahorrar dinero si elimina la necesidad de fijaciones o utillajes de alineación. Todos estos factores necesitan evaluación durante DFM.

Es difícil abarcar todas las tareas y matices del proceso DFM en un artículo. Entender que el proceso no puede empezar hasta que haga prototipos y realice pruebas suficientes es una conclusión clave. Otra sería que el proceso es riguroso y multi-paso, requiriendo trabajo de diseño integrado cuidadoso hecho por ingenieros bien familiarizados con el proceso de fabricación anticipado. Al hacer diseño para fabricación, no hay sustituto para la experiencia. Si no está seguro de cómo empezar o le gustaría asesoramiento experto en diseñar sus herramientas, contáctenos y estaremos encantados de ayudar.