تصميم لتصنيع المواد المضافة

تصميم لتصنيع المواد المضافة (DfAM أو DFAM) هو تصميم لصناعة قابلية التصنيع كما هو مطبق على التصنيع الإضافي (AM). وهو نوع عام من طرق أو أدوات التصميم حيث يمكن تحسين الأداء الوظيفي و / أو اعتبارات دورة حياة المنتج الرئيسية الأخرى مثل قابلية التصنيع والموثوقية والتكلفة إلى إمكانات تقنيات التصنيع المضافة.

يظهر هذا المفهوم بسبب الحرية التصميمية الهائلة التي توفرها تقنيات AM. للحصول على المزايا الكاملة للقدرات الفريدة من عمليات AM ، يلزم استخدام أساليب أو أدوات DFAM. تتضمن أساليب أو أدوات DFAM النموذجية تحسين طبولوجيا وتصميم للبنى متعددة المراكز (شبكية أو بنية خلوية) ، وتصميم متعدد المواد ، وتخصيص شامل ، ودمج جزء ، وطرق تصميم أخرى يمكنها الاستفادة من الميزات الممكّنة لـ AM.

DFAM ليست منفصلة دائما عن سوق دبي المالي ، حيث أن صنع العديد من الأشياء يمكن أن يتضمن خطوات مضافة و مطروحة. ومع ذلك ، فإن اسم “DFAM” له قيمة لأنه يركز الانتباه على الطريقة التي لا يعتبر تسويقها في أدوار الإنتاج مجرد مسألة معرفة كيفية تبديل الأجزاء الموجودة من الطرح إلى الإضافات. بدلاً من ذلك ، فهو يتعلق بإعادة تصميم كائنات بأكملها (التجميعات ، الأنظمة الفرعية) في ضوء توفر ميزة AM المتقدمة حديثًا. أي أنها تتضمن إعادة تصميمها لأن تصميمها السابق بالكامل – بما في ذلك كيفية ، ولماذا ، وفي أي الأماكن التي قسمت أصلاً إلى أجزاء منفصلة – قد تم وضعه ضمن قيود عالم لم يكن فيه AM متقدمًا حتى الآن. وبالتالي ، بدلاً من تعديل تصميم جزء موجود فقط للسماح بإنتاجه بشكل إضافي ، تشتمل DFAM الكاملة على أشياء مثل إعادة تصور الكائن الكلي بحيث يحتوي على أجزاء أقل أو مجموعة جديدة من الأجزاء ذات الحدود والوصلات المختلفة بشكل كبير. وبالتالي قد لا يكون الكائن بعد ذلك تجميعًا على الإطلاق ، أو قد يكون تجميعًا يحتوي على عدد أقل من الأجزاء. وقد ظهرت العديد من الأمثلة على هذا التأثير العملي العميق من DFAM في عام 2010 ، حيث أن AM توسع تجارتها بشكل كبير. على سبيل المثال ، في عام 2017 ، كشفت GE Aviation أنها استخدمت DFAM لإنشاء محرك طائرة هليكوبتر مع 16 جزءًا بدلاً من 900 ، مع تأثير محتمل كبير على تقليل تعقيد سلاسل التوريد. هذا هو الجانب الجذري لإعادة التفكير الذي أدى إلى موضوعات مثل أن “DFAM يتطلب” تعطل على مستوى المؤسسة “.” بعبارة أخرى ، يمكن للإبداع المدمر الذي يمكن أن يسمح به AM أن يمتد بشكل منطقي في جميع أنحاء المؤسسة وسلسلة التوريد الخاصة بها ، وليس فقط تغيير التخطيط على أرضية متجر الآلات.

يتضمن DFAM كلا الموضوعين العريضين (اللذان ينطبقان على العديد من عمليات AM) والتحسينات الخاصة بعملية AM معينة. على سبيل المثال ، تحليل DFM لـ Stereolithography تعظيم DFAM لهذه الطريقة.

خلفية
يُعرّف التصنيع الإضافي بأنه عملية الانضمام إلى المادة ، حيث يمكن تصنيع المنتج مباشرةً من نموذجه ثلاثي الأبعاد ، وعادةً ما يكون طبقة فوق طبقة. بالمقارنة مع تقنيات التصنيع التقليدية مثل التصنيع باستخدام الحاسب الآلي أو الصب ، تمتلك عمليات AM العديد من القدرات الفريدة. إنها تمكن من تصنيع الأجزاء ذات الشكل المعقد وكذلك توزيع المواد المعقدة. هذه القدرات الفريدة توسع بشكل كبير حرية التصميم للمصممين. ومع ذلك ، فإنها تجلب أيضًا تحديًا كبيرًا. التصميم التقليدي للقواعد أو المبادئ التوجيهية للتصنيع (DFM) المتجذرة بعمق في عقل المصممين وتقييد المصممين بشدة لزيادة تحسين الأداء الوظيفي للمنتج من خلال الاستفادة من هذه القدرات الفريدة التي توفرها عمليات AM. علاوة على ذلك ، من الصعب أيضًا التعامل مع أدوات CAD التقليدية القائمة على الميزات مع الهندسة غير المنتظمة لتحسين الأداء الوظيفي. لحل هذه المشاكل ، يلزم تصميم طرق أو أدوات لمساعدة المصممين على الاستفادة الكاملة من حرية التصميم التي توفرها عمليات AM. يمكن تصنيف طرق أو أدوات التصميم هذه لتصميم التصنيع الإضافي

أساليب
تحسين الطوبولوجيا
تحسين طبولوجيا هو نوع من تقنية التحسين الهيكلي التي يمكنها تحسين تخطيط المواد ضمن مساحة تصميم معينة. بالمقارنة مع غيرها من تقنيات التحسين الهيكلية النموذجية ، مثل تحسين الحجم أو تحسين الشكل ، يمكن تحسين طبولوجيا تحديث كل من الشكل والطوبولوجيا لجزء. ومع ذلك ، فإن الأشكال المعقدة المثلى التي يتم الحصول عليها من تحسين طبولوجيا هي دائمًا صداعًا لعمليات التصنيع التقليدية مثل التصنيع باستخدام الحاسب الآلي. لحل هذه المشكلة ، يمكن تطبيق عمليات التصنيع المضافة لتصنيع نتائج تحسين طبولوجيا. ومع ذلك ، يجب ملاحظة أن بعض قيود التصنيع مثل الحد الأدنى لحجم الميزة يجب أن يتم أخذها بعين الاعتبار أثناء عملية تحسين طبولوجيا. نظرًا لأن تحسين الهيكل يمكن أن يساعد المصممين للحصول على هندسة معقدة مثالية للتصنيع الإضافي ، يمكن اعتبار هذه التقنية إحدى طرق DFAM.

تصميم هيكل متعدد المراكز
نظرًا للقدرات الفريدة لعمليات AM ، يمكن تحقيق الأجزاء ذات التعقيدات متعددة الأوضاع. وهذا يوفر حرية تصميم رائعة للمصممين لاستخدام الهياكل الخلوية أو هياكل شعرية على الصغرى أو mesoscales للخصائص المفضلة. على سبيل المثال ، في مجال الفضاء الجوي ، يمكن استخدام الهياكل الشبكية المصنعة في AM لعملية تقليل الوزن. في الحقل الطبي الحيوي ، يمكن أن تؤدي الزراعة الحيوية المصنوعة من هياكل شبكية أو خلوية إلى تحسين عملية التفويض العظمي (osseointegration).

تصميم متعدد المواد
يمكن تحقيق الأجزاء ذات المواد المتعددة أو توزيع المواد المعقدة من خلال عمليات التصنيع المضافة. لمساعدة المصممين على الاستفادة من هذه الميزة ، تم اقتراح العديد من طرق التصميم والمحاكاة لدعم تصميم جزء بمواد متعددة أو مواد متدرجة وظيفيًا. هذه الأساليب تصنع أيضا تحديا لنظام CAD التقليدي. يمكن لمعظمهم فقط التعامل مع المواد المتجانسة الآن.

تصميم للتخصيص الشامل
بما أن التصنيع الإضافي يمكنه تصنيع أجزاء من النموذج الرقمي للمنتجات مباشرة ، فإنه يقلل بشكل كبير من التكلفة والوقت الرائد لإنتاج منتجات مخصصة. وبالتالي ، فإن كيفية توليد أجزاء مخصصة بسرعة تصبح قضية مركزية للتخصيص الشامل. تم اقتراح العديد من طرق التصميم لمساعدة المصممين أو المستخدمين على الحصول على المنتج المخصص بطريقة سهلة. يمكن أيضًا اعتبار هذه الطرق أو الأدوات أساليب DFAM.

توحيد أجزاء
بسبب القيود المفروضة على طرق التصنيع التقليدية ، عادة ما يتم فصل بعض المكونات المعقدة إلى عدة أجزاء لسهولة التصنيع وكذلك التجميع. تم تغيير هذا الوضع عن طريق استخدام تقنيات التصنيع المضافة. تم إجراء بعض دراسات الحالة لإظهار أن بعض الأجزاء في التصميم الأصلي يمكن دمجها في جزء واحد معقد ويتم تصنيعها بواسطة عمليات تصنيع إضافية. يمكن استدعاء عملية إعادة التصميم هذه كدمج أجزاء. يوضح البحث أن دمج الأجزاء لن يقلل من عدد الأجزاء فحسب ، بل يمكنه أيضًا تحسين الأداء الوظيفي للمنتج. يمكن أيضًا اعتبار أساليب التصميم التي يمكن أن ترشد المصممين للقيام بدمج جزء كنوع من أساليب DFAM.