Проектирование для аддитивного производства (DfAM): революция в современном производстве

Одним из самых вдохновляющих аспектов аддитивных технологий (AM) является их потенциал радикально изменить принципы проектирования. По мере эволюции 3D-печати от прототипирования к серийному производству, многие считают, что она заложит основы новой парадигмы проектирования, свободной от ограничений традиционных методов.

Большинство современных процессов — субтрактивные: они удаляют материал из заготовки. Это накладывает ограничения на создание полых или сложных внутренних структур, углов и свесов. Литье под давлением, хотя не субтрактивное, опирается на субтрактивное изготовление форм (ЧПУ), поэтому его дизайн также ограничен возможностями фрезеровки.

Как аддитивный метод, 3D-печать строит объекты слой за слоем, позволяя создавать сложные внутренние геометрии при наличии опор. Для реализации этих возможностей возникло понятие Design for Additive Manufacturing (DfAM) — набор методов проектирования, учитывающих производительность, технологичность и стоимость деталей для AM. Хотя DfAM еще в зачаточном состоянии, инструменты уже открывают уникальные возможности: оптимизированный дизайн, легкие структуры, экономия материала.

Что дает DfAM?

Три ключевых области, где DfAM наиболее эффективен: свобода проектирования, консолидация деталей и облегчение.

• Свобода проектирования

Свобода дизайна — главный козырь 3D-печати. DfAM давно позволяет варьировать наполнение и структуры для ускорения печати и экономии материала. Но настоящая сила — в сочетании этого с оптимизацией производительности: сложные внутренние геометрии, полые структуры, решетки. Внешне DfAM позволяет создавать формы, невозможные для традиционных методов.

• Консолидация деталей

Аэрокосмическая и автомобильная промышленность уже собирают плоды. Возможности AM и DfAM позволяют перепроектировать узлы, объединяя множество компонентов в одну деталь.

Яркий пример — стартап Relativity Space: с помощью 3D-печати и DfAM они сократили сборку ракетного двигателя с ~100 000 деталей до 1000. Это сделало двигатель значительно дешевле и быстрее в производстве.

• Облегчение

Как следствие свободы и консолидации — новые пути снижения веса. Продвинутое ПО DfAM генерирует дизайны на основе требований к производительности, обеспечивая минимальный вес без потери прочности.

Возможность создавать легкие детали (через решетки, консолидацию или новые структуры) критична для эффективных машин. В транспорте и авиации снижение веса дает экономию топлива, а меньше материала — ниже затраты.

Текущее состояние DfAM

Сегодня наблюдается приток ПО для DfAM: генеративное проектирование, топологическая оптимизация и другие умные инструменты. Разработчики (nTopology, PTC, Autodesk, Altair и др.) создают решения, позволяющие не только ускорить проектирование (автоматизация через генеративный дизайн и симуляцию), но и раскрыть потенциал AM на этапе дизайна.

Производители только начинают использовать преимущества AM и DfAM — это новая территория. К счастью, есть эксперты и сервисы вроде RapidDirect, помогающие компаниям внедрять аддитивные технологии через DfAM.

Все больше историй успеха: компании перепроектируют детали, изначально сделанные традиционными методами, с использованием DfAM и 3D-печати. В будущем ПО DfAM и аддитивное производство станут еще более распространенными.