Революция в консолидации деталей с аддитивным производством

Механические сборки распространены как в потребительских, так и в промышленных продуктах. Даже относительно недорогие продукты могут иметь десятки отдельных компонентов, а в сложных машинах легко могут быть сотни или тысячи компонентов. Аддитивное производство (AM) позволяет высокие уровни консолидации деталей, иногда даже устраняя необходимость в сборке.

Преимущества аддитивного производства для консолидации деталей

AM уникально способно производить сложные геометрии, которые не могут быть произведены традиционными методами производства. Механическая сборка, которая обычно имела бы много деталей, изготовленных как отдельные компоненты и затем собранных вместе, может быть аддитивно произведена как единый блок, даже если геометрия очень сложная. Помимо упрощения дизайна, есть другие осязаемые преимущества использования AM для консолидации деталей:

Ниже общие прогнозируемые затраты

Лучшим и самым очевидным преимуществом консолидации ваших деталей с AM является то, что меньшее количество деталей для сборки означает, что вы тратите меньше денег на затраты на сборку. Устранение сборки из уравнения также означает, что вы снизите потенциальные факторы затрат, такие как контроль качества или управление запасами. Используя аддитивное производство для изготовления нескольких деталей как одной, вы снижаете риск скрытых затрат и задержек проекта.

Меньше материала

В традиционном производстве, по мере увеличения сложности детали, стоимость детали также обычно увеличивается. С AM это не так — по мере увеличения сложности детали, стоимость детали не увеличивается. Во многих случаях стоимость детали снизится, потому что увеличенная сложность часто означает, что используется меньше материала. При использовании AM возможно достижение снижения используемого материала на 70 процентов и более по сравнению с традиционным производством.

Ниже общий риск

Консолидация деталей снижает или полностью устраняет ряд рисков. Например, вы можете обойти риск того, что ваш поставщик больше не может поставлять деталь в вопросе. Этот риск поставщика умножается на количество деталей в сборке. Если вы можете напечатать несколько деталей как единый блок с помощью AM, шансы столкнуться с этой проблемой сильно снижаются.

Есть и другие риски, которые снижаются. Случаи отказа детали снижаются, когда деталь была произведена как единый блок, а не собрана отдельно. Другой риск — устаревание; когда деталь достигает конца своего срока службы, у вас не будет остаточного запаса, который нужно утилизировать.

Лучшая производительность

Во многих случаях AM позволяет сделать лучше работающую деталь, потому что он позволяет геометрии, которые желательны, но не могут быть сделаны унаследованным производством. Некоторые применения AM, имеющие волнующие преимущества для улучшенной производительности продукта, включают облегчение, высокое отношение прочности к весу, теплопередачу и поток жидкости, и поглощение энергии.

Как идентифицировать детали для консолидации?

Когда думаете о консолидации деталей с AM, первый шаг — сфокусироваться на функции сборки, которую вы планируете заменить. Затем вам нужно поставить под сомнение предположения, приведшие к вашему исходному дизайну, сделанному с традиционным производством.

Может быть полезно использовать структурированный подход к анализу деталей для консолидации. Эффективная и популярная методология для анализа производства и сборки известна как Design for Manufacture and Assembly (DFMA®). Модель состоит из трех вопросов, помогающих инженерам и производителям начать процесс консолидации сборки:

1. Нужно ли детали двигаться относительно собираемых деталей?
2. Нужно ли несколько материалов для функции детали?
3. Нужно ли детали разделять для сборки или разборки?

Прорабатывая эти вопросы, дизайнеры могут определить теоретический минимальный номер деталей, необходимый для сборки. Хотя эти вопросы могут служить отправной точкой, есть несколько последующих соображений, которые помогут вам определить, должны ли вы думать об аддитивном для консолидации:

1. Нужно ли несколько деталей для удовлетворения этого требования?
2. Может ли одна деталь удовлетворить это требование?

Другими словами, действительно ли нужны несколько деталей для правильной работы детали? Есть ли другие решения, такие как решетчатые структуры (или другие сложные геометрии), которые могли бы быть включены в дизайн, который мог бы по сути выполнять ту же функцию, снижая общее количество деталей и материалов?

Посмотрите на диаграмму ниже, чтобы помочь определить, подходит ли консолидация деталей с аддитивным для вас.

Консолидация деталей и аддитивные процессы

Проектирование для снижения количества отдельных компонентов — только один фактор в консолидации деталей. Другой способ минимизировать количество собираемых деталей в вашем продукте — использовать технологии, делающие консолидацию возможной. С аддитивными технологиями, такими как HP Multi Jet Fusion (MJF), отдельные компоненты имеют способность не только печататься как одна целая деталь, но и способны к полному диапазону движения прямо с принтера.

Решение о том, какую аддитивную технологию использовать, зависит от ваших требований к дизайну. Например, с HP MJF детали не требуют поддерживающих структур, что позволило инженерам создавать более сложные дизайны и подвижные элементы. Технология Carbon® требует поддерживающих структур, но способна печатать долговечные компоненты с разной толщиной стенок как одну деталь. Отличный пример консолидации деталей с использованием Carbon® — подлокотник стула SILQ от Steelcase: подлокотник раньше собирался из трех отдельных деталей, но благодаря решетчатым структурам и сложным геометриям теперь печатается как один.

Примеры применения консолидации деталей

Есть много применений, которые могли бы выиграть от консолидации деталей с AM. Уже есть применения на рынке, такие как механические сборки, жидкостные компоненты, структурные детали и многое другое. Производители видят увеличенную производительность и долговечность благодаря проектированию нескольких деталей как одной. Давайте посмотрим поближе, как консолидация деталей влияет на два конкретных применения.

Рабочие колеса насосов

Традиционно произведенные рабочие колеса часто требуют отдельные детали, которые сварены вместе. С AM их можно напечатать как одну цельную деталь. Когда рабочее колесо насоса производится традиционно, у него будут зазоры между его компонентами. Производством с аддитивным зазор может быть устранен — что улучшает общую производительность детали. Также важно отметить, что потому что сварные швы устранены, количество потенциальных точек отказа снижено, и коррозия на сварках больше не произойдет.

Воздушные каналы

Воздушные каналы также отличные кандидаты для консолидации деталей. Используя сложные геометрии, возможные аддитивным, геометрия детали и воздушный поток могут быть оптимизированы. Пример кейса этого — охлаждающий канал в серии принтеров HP 500/300, использующий HP MJF. Консолидируя восемь деталей в одну, HP смог упростить свою цепочку поставок и снизить стоимость компонента на 30 процентов.

Производители стремятся достичь снижения затрат, риска цепочки поставок и улучшения производительности через консолидацию деталей. AM предлагает уникальную возможность дальнейшего сокращения сборок благодаря сложным геометриям, которые теперь возможны. Если вы хотите узнать больше о том, как ваше применение может быть консолидировано, свяжитесь с нашей командой экспертов сегодня.

Готовы сделать ваши детали с Fast Radius?

Начните расчет стоимости