В дизайне для производства присадок (DFAM) существуют как широкие темы (которые применяются ко многим процессам производства присадок), так и оптимизации, характерные для конкретного процесса AM. Описанный здесь DFM-анализ для стереолитографии, в котором соображения проектирования для технологичности (DFM) применяются при проектировании детали (или сборки), которая должна быть изготовлена ​​методом стереолитографии (SLA). В SLA части изготовлены из фотоотверждаемой жидкой смолы, которая отверждается при воздействии лазерного луча, который сканирует поверхность смолы (фотополимеризация). Обычно используют смолы, содержащие акрилат, эпоксид и уретан. Сложные детали и сборки могут быть изготовлены за один раз, в большей степени, чем в более ранних формах производства, таких как литье, формовка, изготовление металлов и механическая обработка. Для реализации такого бесшовного процесса разработчик должен учитывать соображения технологичности детали (или сборки) в процессе. В любом процессе разработки продукта важны соображения DFM для уменьшения итераций, потери времени и материалов.

Проблемы в стереолитографии

материал
Чрезмерная стоимость специфических материалов для установки и отсутствие поддержки для сторонних смол — одна из основных задач процесса SLA:. Выбор материала (процесс проектирования) ограничен поддерживаемой смолой. Следовательно, механические свойства также фиксированы. При выборочном масштабировании размеров, чтобы справиться с ожидаемыми напряжениями, пост-отверждение осуществляется путем дальнейшей обработки УФ-светом и теплом. Хотя это выгодно механическим свойствам, дополнительная полимеризация и сшивка могут приводить к усадке, деформации и остаточным тепловым напряжениям. Следовательно, деталь должна быть спроектирована на ее «зеленой» стадии, т.е. стадии предварительной обработки.

Настройка и процесс
Процесс SLA является производственным процессом. Следовательно, необходимо учитывать соображения проектирования, такие как ориентация, широта процесса, опорные конструкции и т. Д. Ориентация влияет на структуры поддержки, время производства, качество деталей и стоимость деталей. Сложные структуры могут не работать должным образом из-за ориентации, что невозможно, что приводит к нежелательным напряжениям. Это когда можно применять рекомендации DFM. Проектная возможность стереолитографии может быть подтверждена аналитическими, а также на основе моделирования и / или рекомендаций

Основанные на правилах соображения DFM
Основанные на правилах соображения в DFM относятся к определенным критериям, которые должна выполнить эта часть, чтобы избежать сбоев в процессе производства. При использовании поэтапной технологии изготовления процесс следует, нет никаких ограничений на общую сложность, которую может иметь эта часть. Но некоторые правила были разработаны на основе опыта разработчиков / академических разработчиков принтера, которые необходимо соблюдать, чтобы гарантировать, что отдельные функции, составляющие эту часть, находятся в определенных «пределах выполнимости».

Ограничения печати
Ограничения / ограничения в производстве SLA исходят из точности принтера, толщины слоя, скорости отверждения, скорости печати и т. Д. При проектировании следует учитывать различные ограничения печати:

Минимальная толщина стенки (поддерживается и не поддерживается): Толщина стенки в геометрии ограничена разрешением смолы. У поддерживаемых стен есть концы, соединенные с другими стенами. Ниже предела толщины стенки стен могут разрушаться во время пилинга. Неподдерживаемые стены еще более подвержены отрыву, поэтому для такого случая более высокий предел.
Overhang (максимальная неподдерживаемая длина и минимальный неподдерживаемый угол): навесы представляют собой геометрические элементы, которые не поддерживаются по своей сути. Они должны поддерживаться структурами поддержки. Максимальный предел, когда структуры не предусмотрены. Это должно уменьшить изгиб под собственным весом. Слишком мелкие углы приводят к более длительной неподдерживаемой (прогнозируемой) длине. Следовательно, минимальный предел на этом.
Максимальное расстояние между мостами: чтобы избежать провисания лучеобразных структур, которые поддерживаются только на концах, максимальная длина пролета таких конструкций должна быть ограничена. Всякий раз, когда это невозможно, ширина должна быть увеличена для компенсации.
Минимальный вертикальный диаметр столба: это для обеспечения гибкости выше предела, при котором функция становится волнистой.
Минимальные размеры канавок и рельефная деталь: канавки отпечатываются, а тиснение — мелкие поднятые детали на поверхности детали. Характеристики, напечатанные с размерами, меньшими, чем пределы, неузнаваемы.
Минимальное расстояние между геометриями: это значит, что детали не сливаются.
Минимальный диаметр отверстия и радиус кривизны: малые кривизны, которые невозможно реализовать по размерам печати, могут закрываться или сглаживаться.
Минимальные внутренние объемы номинальных диаметров: слишком малые объемы могут заполняться.

Структуры поддержки

Точка нуждается в поддержке, если:

Конечная точка поддержки меньше ребер
Если длина свеса больше критического значения
Именно в геометрическом центре поддержки меньше плоскости

В то время как печать, структуры поддержки действуют как часть дизайна, следовательно, их ограничения и преимущества учитываются при проектировании. Основные соображения включают:

Поддержка мелкой угловой геометрии: Неглубокие углы могут привести к неправильной отвердеванию смолы (структурной прочности), если опоры не предусмотрены равномерно. Как правило, за пределами определенного угла (обычно около 45 градусов) поверхность не требует поддержки.
Основание навеса: Увеличьте толщину секции на основании, чтобы избежать разрыва. Избегайте резких переходов на базе выступов.
Распыление в воздушном кармане: без опор, печатные части с плоской поверхностью и отверстиями в геометрии могут создавать воздушные пузырьки. Как часть печатает, эти воздушные карманы могут вызывать пустоты в модели. В этом случае опорные конструкции создают пути, через которые могут выходить пузырьки воздуха.
Совместимость с конструкцией: см. Поддержка совместимости для внутренней поверхности объема.
Ориентация функций: ориентация для обеспечения надежной поддержки выступов.

Ориентация осаждения частиц
Ориентация на части является очень важным решением в анализе DFM для процесса SLA. От этого зависит время сборки, качество поверхности, объем / количество опорных конструкций и т. Д. Во многих случаях также можно решить проблемы технологичности, просто переориентировав деталь. Например, нависающая геометрия с мелким углом может быть ориентирована для обеспечения крутых углов. Следовательно, основные соображения включают:

Улучшение поверхности: ориентируйте деталь таким образом, чтобы исключить функцию на критической поверхности. Алгоритмическая точка зрения, поверхность свободной формы разлагается на комбинацию различных плоских поверхностей, и вес вычисляется / присваивается каждому. Общее количество весов сводится к минимуму для наилучшего общего покрытия поверхности.
Сокращение времени сборки: грубая оценка времени сборки выполняется с помощью срезания. Время сборки пропорционально сумме площадей поверхности каждого среза. (Может быть аппроксимирована как высота детали)
Оптимизация структуры поддержки. Поддерживаемая область изменяется в зависимости от ориентации. В некоторых направлениях можно уменьшить площадь поддержки.
Легкая отслаивание: переориентация таким образом, что проецируемая область слоев изменяется постепенно, облегчает отслаивание отвержденного слоя во время печати. Ориентация также помогает в удалении опорных структур на более поздних этапах.

Плановые DFM-соображения
Плановые соображения в DFM относятся к критериям, которые возникают из-за плана процесса. Они должны быть выполнены во избежание сбоев при изготовлении детали, которая может удовлетворять критериям, основанным на правилах, но может иметь некоторые производственные трудности из-за последовательности, в которой производятся функции.

Геометрический пошив
Модификация некоторых некритических геометрических характеристик детали для снижения стоимости и времени изготовления и создания функциональных прототипов, которые имитируют поведение производственных частей.

Геометрический портфолио мостирует несоответствие свойств материала и различий в процессах, описанных выше. Рассматриваются вопросы как функциональности, так и технологичности. Вопросы функциональности решаются посредством «подгонки» размеров детали для компенсации аномалий поведения напряжения и отклонения. Проблемы, связанные с производством, решаются путем выявления сложных для производства геометрических атрибутов (подход, используемый в большинстве руководств DFM) или путем моделирования производственных процессов. Для деталей, изготовленных RP (как в SLA), формулировки проблем называются геометрическим пошивом материального процесса (MPGT) / RP. Во-первых, дизайнер указывает информацию, такую ​​как: Параметрическая модель САПР части; ограничения и цели по функциональным, геометрическим, стоимостным и временным характеристикам; аналитические модели для этих ограничений и целей; целевые значения целей; и предпочтения для целей. Задача DFM затем формулируется так, как дизайнер заполняет шаблон MPGT этой информацией и отправляет производителю, который заполняет оставшуюся «информацию, относящуюся к производству». С завершенной формулировкой производитель теперь может решить проблему DFM, выполняя GT конструкции детали. Следовательно, MPGT служит в качестве цифрового интерфейса между дизайнером и производителем. Разработаны стратегии планирования процессов (PP) для геометрического пошива в процессе SLA.

Структуры DFM
Ограничения, налагаемые производственным процессом, отображаются на дизайн. Это помогает идентифицировать проблемы DFM при изучении планов процессов, действуя как метод поиска. В литературе разработаны различные рамки DFM. Эти рамки помогают в принятии различных решений, таких как:

Подборка продукта: обеспечение рассмотрения производственных вопросов на этапе проектирования дает представление о том, является ли процесс SLA правильным выбором. Быстрое прототипирование может быть выполнено различными способами. Обычная проблема — стоимость и доступность процесса. Благодаря этой DFM Framework разработчик может внести необходимые изменения в конструкцию, чтобы упростить технологическую обработку компонентов в процессе SLA. Таким образом, эта структура гарантирует, что продукт подходит для производственного плана.

Распознавание функций: это осуществляется с помощью интегрированных задач планирования процесса в коммерческом программном обеспечении CAD / CAM. Это может включать в себя моделирование производственного процесса, чтобы получить представление о возможных трудностях в виртуальной производственной среде. Такие интегрированные инструменты находятся в стадии развития.

Функциональные соображения: в некоторых случаях сборки печатаются непосредственно, а не печатают детали отдельно и собираются. В таких случаях явление, такое как поток смолы, может существенно повлиять на функциональность, которая не может быть решена путем простого анализа на основе правил. Фактически, анализ, основанный на правилах, предназначен только для обеспечения границ дизайна, но размеры конечной части должны проверяться на технологичность посредством планирования на основе плана. Значительные исследования продолжаются в этом с прошлого десятилетия. Основы DFM разрабатываются и внедряются в пакеты.