DfAM - Design für die additive Fertigung
Designtechnicken für die Optimierung Ihrer 3D Druck Bauteile
Die Additive Fertigung zeichnet sich durch eine enorme Gestaltungsfreiheit aus, welche mit einem speziellen Design, dem sogenannten „Design for Additive Manufacturing (DfAM)“, bestmöglich ausgenutzt werden kann. In diesem Artikel erklären wir Ihnen, was genau man unter DfAM versteht und zeigen Ihnen einige Konstruktionstechniken auf, mit welchen Sie das Beste aus Ihren 3D Druck Bauteilen herausholen können.
Was ist DfAM?
Unter DfAM versteht man die Methode und Fähigkeit, Bauteile, Produkte und Komponenten für die Additive Fertigung mit 3D Druckern zu konstruieren oder umzugestalten, so dass diese günstiger, schneller und effektiver hergestellt werden können.
Im Gegensatz zu traditionellen Fertigungstechniken ermöglicht es die Additiven Fertigung, komplexere Geometrien zu erstellen und gleichzeitig Materialverbrauch und Gewicht von Produkten zu reduzieren. Da die Additive Fertigung deutlich weniger Fertigungsbeschränkungen unterliegt als herkömmliche Herstellungsverfahren wie Spritzguss oder CNC-Bearbeitung, eröffnen sich durch sie völlig neue Denkweisen hinsichtlich des Designs.
Bei DfAM geht es daher nicht nur darum, bestehende Modelle für die Herstellung mittels 3D Druckern abzuändern. Die Idee ist vielmehr, Bauteile komplett neu zu denken und zu erschaffen und dadurch zu verbessern und zu optimieren. Zusätzlich kann sich DfAM auch positiv auf den gesamten Herstellungsprozess auswirken. Mit dem passenden Design können etwa Montagezeiten verkürzt und die Komponentenanzahl reduziert sowie letztendlich Zeit und Geld eingespart werden.
Warum lohnt sich DfAM?
Die schon angesprochene enorme Gestaltungsfreiheit der Additiven Fertigung ist sicherlich einer der größten Vorteile dieser Herstellungsmethode. DfAM, und damit verbunden die Anwendung passender Konstruktionsregeln, helfen dabei, diese Gestaltungsfreiheit voll auszuschöpfen, was weitere Vorteile mit sich bringt.
Durch DfAM können so beispielsweise aus weniger Material stabilere und langlebigere Bauteile produziert werden, wodurch Kosten reduziert werden können. Zudem kann es durch die Möglichkeit von Bauteilkonsolidierungen dazu beitragen, dass Montageprozesse überflüssig werden und so wiederum zu Kosten- und Zeiteinsparungen beitragen. Da Änderungen am Design von AM Bauteilen jederzeit und relativ problemlos möglich sind, kann Ihnen DfAM außerdem zu größerer Anpassungsfähigkeit und Flexibilität verhelfen.
Designtechniken für die Additive Fertigung
Damit Sie die Designmöglichkeiten für die Additive Fertigung bestmöglich nutzen und den größtmöglichen Vorteil daraus ziehen können, möchten wir Ihnen im Folgenden einige Techniken vorstellen, die dafür geeignet sind:
1. Topologieoptimierung
Bei der Topologieoptimierung wird computergestützt eine optimale Geometrie eines Bauteils erzeugt. Dabei kommen intelligente Algorithmen zum Einsatz und es werden verschiedene Rahmenbedingungen, wie beispielsweise die Krafteinwirkungen auf das Bauteil vorgegeben. Die so erzeugten Strukturen sind häufig an Vorbilder aus der Natur angelehnt und jeweils für einen bestimmten Anwendungsfall, wie z.B. extremen Leichtbau, optimiert. Zudem kann durch diese auch das eingesetzte Material sehr effektiv reduziert werden, was häufig mit deutlichen Kosteneinsparungen einhergeht. Zu beachten ist, dass für Topologieoptimierungen meist jedoch zusätzliche, kostenpflichtige Software benötigt wird.
2. Generatives Design
Generatives Design ist ein iterativer Prozess, bei welchem ebenfalls spezielle Software eingesetzt wird, um optimierte Bauteile zu erhalten. Während bei der Topologieoptimierung ein Bauteil optimiert wird, indem Änderungen an einem bereits bestehenden Modell vorgenommen werden, wird bei dieser Methode allerdings vorab kein fertiges Design benötigt. Ausgangspunkt sind hingegen grundlegende Informationen, wie beispielsweise Einschränkungen, Anforderungen, Materialien und Fertigungsmethode, mit welchen die Software dann eine Reihe von Designs generiert.
Generatives Design macht es möglich, äußerst innovative Designoptionen zu schaffen und kann ebenfalls zu deutlichen Material- und Kosteneinsparungen verhelfen.
3. Gitterstrukturen
Während sich Gitterstrukturen mit herkömmlichen Fertigungsverfahren, wenn überhaupt, nur bedingt umsetzten lassen, stellen diese für die Additive Fertigung kein Problem dar. Sie können eingesetzt werden, um Bauteile zum einen leichter, aber zugleich auch stabiler, widerstandsfähiger, flexibler oder belastbarer zu machen. Durch die Verwendung von Gitterstrukturen wird weniger Material verbraucht, wodurch das Gewicht um bis zu 80% reduziert werden kann. Dies hat wiederum positive Auswirkungen auf die Bauteilkosten.
4. Bauteilkonsolidierung
Im 3D Druck können auch komplexe Geometrien wie beispielsweise Überhänge und Kanäle in Bauteilen einfach umgesetzt werden. Mit herkömmlichen Fertigungsverfahren lassen sich solche Geometrien nur als Baugruppen herstellen, welche aus mehreren Einzelteilen gefertigt und montiert werden müssen. Die Additive Fertigung ermöglicht es hingegen, diese direkt als ein Teil zu konstruieren und zu produzieren.
Dieses „Konsolidierung“ genannte Vorgehen erspart zum einen die Herstellung mehrerer Fertigungswerkezeuge, die andere Herstellungsmethoden für die Einzelteile benötigen. Außerdem wird auch die Verwendung von Befestigungselementen zum Verbinden der Baugruppe überflüssig, wodurch sowohl Material und Gewicht als auch Zeit und Kosten eingespart werden können.