적층 제조를 위한 설계를 고려해야 하는 6가지 이유

적층 제조가 발전함에 따라 기술의 설계를 최적화하는 것이 기술의 잠재력을 최대한 활용하는 데 그 어느 때보다 중요해지고 있습니다.

복잡한 형상, 가벼운 구성 요소 및 최적화된 재료 분포는 몇 가지 장점에 불과합니다. 적층 제조 제안. 그러나 이러한 설계의 자유도와 복잡성으로 인해 적층 제조용으로 물체를 설계하는 방식을 재고해야 합니다.

많은 엔지니어가 직면한 과제는 적층 제조용 설계에 대해 완전히 새로운 접근 방식을 채택하는 데 있습니다. 전통적인 (빼기) 방법을 적층 제조에 적용하는 것은 본질적으로 비실용적입니다. 둘 다의 요구 사항과 고려 사항이 크게 다르기 때문입니다. 따라서 지지 구조, 후처리 및 다양한 신소재와 같은 AM의 고려 사항과 한계를 이해하는 것이 기술을 성공적으로 구현하는 데 핵심이 될 것입니다.

디자인을 제작하여 달성할 수 있는 것은 무엇입니까? AM 전략의 핵심 요소인 적층 제조를 위해?

1. 더 복잡한 부품 만들기

적층 제조는 기존 제조 방법의 한계를 극복하여 기능이 개선된 매우 복잡한 부품을 생성할 수 있습니다.

한 가지 예는 사출 금형의 기존 제조입니다. 여기서 냉각 채널은 일반적으로 직선형이어서 속도가 느려지고 성형 부품의 덜 일관된 냉각. 대조적으로, 3D 프린팅을 사용하면 냉각 채널을 재설계하여 더 복잡하거나 구부러진 모양을 만들어 보다 균일한 열 전달을 제공할 수 있습니다. 그 결과 냉각 특성이 개선되어 금형의 수명을 연장하면서 고품질 부품을 생산하는 데 도움이 됩니다.

2. 최소한의 재료 낭비

3D 프린팅이 제공하는 새로운 설계 가능성으로 엔지니어는 재료 분포를 최적화하여 부분적으로 경량 부품을 생산할 수 있어 상당한 재료 절감 효과를 얻을 수 있습니다.

이는 부분적으로 다음 덕분에 달성할 수 있습니다. 토폴로지 최적화와 같은 고급 소프트웨어 및 생성 설계 및 격자 구조와 같은 도구. 수학적 계산을 기반으로 하는 토폴로지 최적화는 부품에 대한 최상의 모양을 분석하고 부품의 구조적 무결성을 손상시키지 않으면서 불필요한 재료를 제거하는 데 도움이 될 수 있습니다. 전통적인(빼기) 방법을 사용하면 이 재료를 간단히 잘라낼 수 있습니다.

3D 프린팅과 결합하여 생성 설계 및 토폴로지 최적화 소프트웨어는 이미 지멘스 및 제너럴 모터스와 같은 거대 산업 기업에서 사용하고 있습니다. Siemens가 제너레이티브 설계 소프트웨어를 사용하여 3D 인쇄된 가스 터빈 블레이드를 개발하는 동안 General Motors는 구성 요소 내에서 재료 분포를 위한 다양한 옵션을 탐색하여 차량 무게를 줄이는 것을 목표로 합니다.

3. 단순화된 조립

부품 통합은 적층 제조의 또 다른 획기적인 설계 이점입니다. 기존 제조 방식에서는 여러 구성 요소를 생산한 다음 조립하여 최종 부품을 만들어야 합니다.

그러나 3D 프린팅을 사용하면 설계 단계에서 여러 개의 작은 구성 요소를 단일 맞춤형 부품으로 통합할 수 있으므로 전체 부품을 한 번에 인쇄할 수 있습니다. 이는 조립 프로세스를 크게 단순화하고 때로는 조립의 필요성을 제거할 수도 있습니다. 이 외에도 통합 부품을 사용하면 추가 하위 구성 요소나 예비 부품을 조달하고 저장할 필요가 없으므로 궁극적으로 재고 및 유지 관리 비용이 절감됩니다.

4. 재료 혁신

재료 연구의 발전은 신소재의 흥미로운 개발로 이어졌습니다. 결과적으로 TPU 필라멘트 및 금속 초합금 분말과 같이 기계로 가공하거나 성형하기 어려운 고유한 3D 프린팅 재료가 개발되었습니다. 또는 엔지니어링 응용 프로그램을 위해 특별히 개발된 고성능 열가소성 수지를 사용한 3D 인쇄를 예로 들어 보겠습니다. 경우에 따라 이러한 고성능 재료는 금속 부품을 대체하여 가볍고 비용을 절감할 수 있는 대안을 제공할 수도 있습니다.

따라서 엔지니어는 3D 인쇄용 부품을 설계할 때 더 나은 새로운 옵션을 탐색할 수 있습니다. 열전도성 또는 가단성과 같은 재료 속성. 이 외에도 3D 프린팅은 다중 재료 속성(예:강성 및 유연성) 또는 통합된 절연 및 전도성 속성을 가진 부품을 설계할 수 있는 기회를 제공합니다.

5. 비용 효율적인 사용자 정의

3D 프린팅은 추가 비용 없이 빠르고 다양한 설계 반복을 가능하게 하여 사용자 정의 가능성을 새로운 차원으로 끌어 올립니다. 그리고 적층 제조가 디지털 파일에서 직접 부품을 생성함에 따라 제조 프로세스가 크게 가속화됩니다. 이는 기업이 맞춤형 제품을 훨씬 빠르고 비용 효율적으로 생산할 수 있음을 의미합니다.

맞춤형 디자인은 소비재에서 의료 및 자동차에 이르기까지 산업 전반에 걸쳐 대량 맞춤화를 가능하게 합니다. 예를 들어, 의료 산업에서 대량 맞춤화는 환자의 요구에 맞게 조정된 3D 인쇄 장치에서 이미 그 모습을 드러내고 있습니다. 이러한 장치는 환자의 해부학적 구조에 완벽하게 맞도록 설계된 개인 맞춤 교정기 및 보철물부터 수술용 가이드 및 보청기에 이르기까지 다양합니다.

6. 최소 지원 구조

부품 방향은 적층 제조를 위해 설계할 때 주요 이점 중 하나입니다. 설계 단계에서 올바른 부품 방향을 선택하면 지지대의 필요성을 최소화하면서 인쇄 및 후처리 시간을 줄일 수 있습니다. 많은 복잡한 3D 프린팅 부품에 지지 구조가 사실상 필요하다는 사실에도 불구하고 가능한 적은 지지대로 부품을 설계하는 것이 이상적입니다. 이렇게 하면 후처리가 더 쉬워지고 시간과 재료가 절약되기 때문입니다.

사용되는 지지대의 수를 최소화하는 것과 관련하여 만능 솔루션은 없지만 신중한 설계를 통해 최소한의 지지대를 사용하면서 부품을 스스로 운반하도록 방향을 지정하고 최적화할 수 있습니다. 구조, 후 처리 시간 절약.

AM 산업에서 자동화 추세가 유지됨에 따라 차세대 AM 소프트웨어를 사용하여 부품 오리엔테이션과 지원이 자동으로 생성될 수 있습니다.

미래

현재 많은 디자이너와 엔지니어는 AM에 직면했을 때 전통적인 제조 방식에 제약을 받습니다. . 그러나 기술이 강력한 산업 솔루션으로 성숙함에 따라 AM에 대한 새로운 접근 방식을 개발하는 것이 중요할 것입니다.

이러한 이유로 대학, 연구 기관 및 기업 자체가 새로운 교육 프로그램을 개발하는 것이 중요할 것입니다. DfAM을 위한 지원 교육. 이 분야에서 이미 많은 작업이 진행되고 있습니다. 예를 들어, Loughborough University는 적층 제조를 위한 석사 프로그램을 시작했으며 지식을 심화하려는 사람들을 위한 다양한 프로그램과 과정이 있습니다.

더 많은 대학에서 적층 제조 학위를 제공함에 따라 차세대 AM 전문가는 특히 디지털화 및 자동화 분야에서 AM 산업의 새로운 트렌드를 만들 수 있을 것입니다.

앞으로 우리는 적층 제조 공정을 위한 설계의 많은 부분이 설계 최적화, 검증 및 프로세스 시뮬레이션에서 자동 생성된 지지대 및 격자 구조에 이르기까지 자동화될 수 있습니다.

궁극적으로 AM에 대한 설계 고려 사항을 마스터하면 AM의 진정한 잠재력이 진정으로 발휘되어 기술이 다음 규칙을 다시 작성할 수 있습니다. 제품 개발.

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