Vorteile der Empfehlungen zum Design for Manufacturability

Ob Sie es nun Design for Manufacturability (DFM), Design for Manufacturing and Assembly (DfMA) oder das relativ neue Akronym Design for Additive Manufacturing (DfAM) nennen, das Erlernen und Befolgen seiner Prinzipien ist ein sicherer Weg, um Fertigungsprozesse zu verbessern und qualitativ hochwertigere Produkte zu geringeren Kosten herzustellen.

Es ist allerdings eine Menge, mit dem man sich auseinandersetzen muss. Wäre DFM ein Buch, würde es sich hervorragend als Türstopper eignen. Das liegt daran, dass die Fertigung ein tiefgründiges Thema ist und es viel zu wissen gibt, bevor man sich als Experte betrachten kann.

Ein Blick auf die DFM-Gewässer

Glücklicherweise sind wir in der Lage, einige der Schmerzen zu lindern, die unsere Kunden empfinden, wenn sie sich mit den DFM-Prinzipien auseinandersetzen müssen. Wie, fragen Sie sich? Erstellen Sie ein Projekt auf unserer Website und Sie werden es bald herausfinden.

Sobald Sie das gewünschte Fertigungsverfahren - CNC-Bearbeitung, 3D-Druck, Spritzguss oder Blechfertigung - ausgewählt haben, werden Sie aufgefordert, eine CAD-Datei hochzuladen, woraufhin Sie einige Fragen zum Rohmaterial, zur Oberflächenbeschaffenheit, zur Stückzahl usw. beantworten müssen.

Je nach gewähltem Verfahren erhalten Sie möglicherweise sofort einen Preis und die Benachrichtigung "Bereit zur Bestellung", wahrscheinlicher ist jedoch, dass Sie Ihr Angebot und Ihre DFM-Analyse innerhalb von etwa einer Stunde erhalten. Möglicherweise erhalten Sie auch eine oder mehrere Design Advisories (Designempfehlungen).

Es ist wichtig, dass Sie diese lesen und die darin enthaltenen Empfehlungen befolgen. Design Advisories liefern hilfreiche Ratschläge zur Herstellbarkeit des Teils, und selbst wenn das Teiledesign in Ordnung, d.h. herstellbar ist, besteht eine gute Wahrscheinlichkeit, dass es noch optimiert werden kann. Daher ist es wichtig, dass Sie sich bei Fragen oder Bedenken an einen unserer Kundendienstmitarbeiter wenden, um Hilfe zu erhalten.

Der Umgang mit dem DfAM

Auch auf die Gefahr hin, das Offensichtliche auszusprechen: Das "A" in DfAM steht für additiv, und jeder, der mit dieser Technologie vertraut ist, wird bestätigen, dass der 3D-Druck eine größere Designflexibilität bietet als jedes andere verfügbare Herstellungsverfahren. Allerdings gibt es auch einige Herausforderungen. Werfen Sie einen Blick auf einige unserer anderen Design-Tipps, und Sie werden eine Fülle von Informationen über häufige Fehler, Größen- und Geometriebeschränkungen sowie Möglichkeiten zur Verbesserung der Teilekosten, Qualität und Vorlaufzeit finden.

Beispielsweise können Löcher mit einem Durchmesser, der viel kleiner ist als eine Spaghetti Nudel - etwa 1,5 bis 2,8 mm - für jedes Fertigungsverfahren eine Herausforderung darstellen, und der 3D-Druck ist da keine Ausnahme. Das Gleiche gilt für schmale Schlitze und hohe Wände, insbesondere wenn sie um ein Vielfaches tiefer als breit sind. Ein Konstruktionsbüro kann diese Bereiche mit "Prüfen und Akzeptieren" kennzeichnen, während andere ein großes rotes Fähnchen "Aus dem Angebot entfernen" anbringen. Beide zeigen an, dass das Merkmal nicht herstellbar ist.

Das vielleicht Einzigartigste an der additiven Fertigung (der "AM"-Teil von DfAM) ist jedoch, dass Stützmaterial benötigt wird, um zu verhindern, dass sich die Bauteilschichten während des Druckprozesses wölben oder durchhängen. Auch wenn es Ausnahmen gibt und die Ausrichtung der Teile eine wichtige Rolle bei der Anzahl und dem Abstand dieser gerüstartigen Strukturen spielt, bleibt die Tatsache bestehen, dass das Stützmanagement - obwohl es nicht notwendigerweise Teil von DfAM ist - ein Bereich ist, in dem ein kurzes Gespräch mit einem unserer Anwendungsingenieure zu besseren Teilen und weniger Überraschungen führen kann.

DFM für die Chip-Herstellung

Die additive Fertigung mag eine großartige Sache sein, wenn es um die Komplexität und Einfachheit der Fertigung geht, aber eine DFM-Regel, die jeder Konstrukteur in seiner Tasche haben sollte, ist die folgende: Wenn das Teil leicht zu bearbeiten ist, sollte man sich für diese Fertigungsmethode entscheiden. In der Tat können dicke, blockige Teile wie Hydraulikverteiler und die dazugehörigen Gewindeanschlüsse aufgrund der Hitzeentwicklung während der Herstellung nicht gedruckt werden. Unter dem Strich gilt: Wenn es möglich ist, das Teil maschinell zu bearbeiten, zu gießen, zu stanzen oder zu formen, dann sollte man diesen Weg gehen.

Apropos Gewinde: Hier ein weiterer Tipp, der vielleicht nicht in den DFM-Eimer eines Puristen fällt, aber ein häufiger Grund für die hässlichen roten Fahnen ist: Vermeiden Sie die Modellierung von 1/4-20-Gewindebohrungen oder 1/2-13-Außengewinden. Ja, Solidworks und Fusion 360 machen es einfach, aber alle Konstrukteure - uns eingeschlossen - bevorzugen einfache UNC- oder UNF-Gewinde.

Es gibt noch viel mehr über DFM für die CNC-Bearbeitung zu wissen. Schränken Sie die Toleranzen nicht enger als nötig ein. Scharfe Innenecken an vertikalen Wänden verursachen erhebliche Kosten. Dasselbe gilt für Text, insbesondere wenn er erhaben ist. Und wählen Sie nicht Titan, wenn Stahl oder Aluminium ausreichen. Bedenken Sie auch, dass sehr tiefe Vertiefungen und Löcher dazu führen können, dass das Teil nicht mehr gefertigt werden kann. Außerdem neigen dünne Wände dazu, sich zu verbiegen oder zu brechen, genau wie beim Spritzgießen und 3D-Drucken.

Fertigungsregeln

Wenn Sie dünne Wände und quadratische Innenecken benötigen, ist die Herstellung des Teils aus Metall höchstwahrscheinlich eine bessere Lösung als CNC-Bearbeitung, Kunststoffspritzguss und bis zu einem gewissen Grad 3D-Druck. Man denke nur an ein Elektronikgehäuse, ein Lüftergehäuse oder einen großen Metallclip. Sie alle sind mit den anderen bisher genannten Verfahren praktisch nicht herstellbar, für einen geübten Metallbearbeiter aber ein Kinderspiel. Hier werden die Teile einfach mit einem Laser aus großen Blechen geschnitten und anschließend auf einer Abkantpresse gebogen. Bei Bedarf können die Kanten verschweißt werden.

Bei Metallteilen muss man sich weder um die Durchbiegung des Bauteils durch die Kräfte des Schneidwerkzeugs noch um die Länge des Schaftfräsers oder andere Bearbeitungseinschränkungen kümmern. Dies bedeutet jedoch nicht, dass es keine DFM-Prinzipien gibt, die berücksichtigt werden müssen. Die Kenntnis von Biegeradien ist in der Welt der Bleche sehr wichtig, ebenso wie die Rückfederung, die Platzierung von Löchern und Schlitzen, die maximale Materialstärke - die Liste ist endlos.

Bedeutet das, dass ein Entwickler ein Experte in der Metallbearbeitung sein muss, um eine Handvoll Teile für sein nächstes Projekt zu bestellen? Ganz und gar nicht. Dafür ist die DFM-Analyse vorgesehen, vorausgesetzt, der Konstrukteur prüft sie und nimmt entweder die notwendigen Anpassungen vor oder bittet bei Bedarf um Hilfe. Das Ergebnis sind bessere Fertigungsergebnisse für alle Beteiligten.

Spritzgießen und mehr

Der letzte, aber sicherlich nicht der letzte Punkt in der DFM-Hitliste ist das Spritzgießen. Dieser Meister der Großserienproduktion von Kunststoffteilen hat seine eigene(n) Reihe(n) von Fertigungsrichtlinien, von denen einige im Widerspruch zu den oben genannten stehen. So verformen sich dünne Wände beim Spritzgießen nicht wie bei der CNC-Bearbeitung und beim 3D-Druck, aber der geschmolzene Kunststoff fließt möglicherweise nicht in die Ecken und Winkel der Form, was zu einem so genannten kurzen Schuss führt.

Sind die Wände jedoch zu dick, kann es zu einem Phänomen kommen, das als Einfallstellen bezeichnet wird und so hässlich ist, wie es klingt. Wie bei jeder Übertoleranz eines Teils treiben zu glatte Oberflächen die Teilekosten in die Höhe.

Andererseits verkürzen raue Oberflächen bei der CNC-Bearbeitung und beim 3D-Druck die Bearbeitungszeit, können aber beim Spritzgießen zu den gefürchteten Auswerferproblemen führen. Hinzu kommen Trennfugen, an denen die Werkzeughälften zusammentreffen, Hinterschneidungen, Angusspositionen und vieles mehr. Ein kurzes Gespräch mit einem Spritzgießspezialisten kann sich hier später im Projekt sehr auszahlen.

Kratzen Sie sich gerade am Kopf? Machen Sie sich keine Sorgen. Die gute Nachricht ist, dass trotz der scheinbar unüberschaubaren Anzahl von DFM-Richtlinien, die für diesen und andere Fertigungsprozesse gelten, die in unseren Angebotsprozess integrierten Konstruktionsregeln Ihnen helfen werden, in die richtige Richtung zu gehen, ebenso wie die Konstruktionshinweise, die Ihrem Angebot beiliegen, und unsere umfangreiche Bibliothek mit Design-Tipps. Und wenn Sie einen Freund anrufen müssen, wissen Sie, wo Sie uns finden. Kontaktieren Sie einen unserer Anwendungstechniker unter +49 (0) 89 90 5002 0 oder [email protected].