Close

Additiv tillverkningsdesign för optimerad produktion - kundcase

Etteplan erbjuder ett brett urval av designtjänster för additiv tillverkning. Vi kombinerar expertis inom additiv tillverkning med företagets hela kunskapspalett inom mekanisk konstruktion och simulering.

Additiv tillverkningsdesign för produktionsoptimering

Etteplan anlitades för att omdesigna en 2-till-1 fördelarkanal till dammutsuget i en kunds sliprobot för tillverkning med 3D-printer. Kundens befintliga komponent som tillverkades med konventionella metoder var dyr, ful och svårhanterlig samt hade en lång logistikkedja, vilket orsakade problem vid produktionslinjen. Kunden ville ha en ny lösning av aluminium eller någon annan metall som skulle vara optimerad för produktion med LPBF-metoden, och som dessutom skulle väga betydligt mindre än den ursprungliga delen samt ha lägre kostnader och bättre luftflödesegenskaper.

Designarbetet inför additiv tillverkning utförs av noggrant utvalda multidisciplinära team och bygger på en simuleringsdriven metod. Genom att välja rätt experter till varje projekt kan vi lösa även de mest krävande tekniska eller tillverkningsrelaterade problemen. Vår erfarenhet har hjälpt oss utforma effektiva arbetsflöden som garanterar snabba resultat.

Simuleringsdriven designmetod

Etteplan samlade ett team med experter på additiv tillverkning, design för additiv tillverkning och processimulering. I designprocessen använde teamet Etteplans eget verktyg för kostnadsuppskattning och simulering av 3D-printprocessen.

Ettplan additive manufacturing design

Bild: Designversionernas utveckling med den konventionellt tillverkade komponenten längst till vänster.

I den första designversionen gjorde man luftkanalerna slätare på insidan och eliminerade överflödigt material. Därefter använde man simuleringsprogrammet för att optimera komponentens orientering vid tillverkning och analysera dess effekter på printtiden, mängden stödmaterial, behovet av efterbearbetning samt förväntad deformation/distorsion. Man identifierade två orienteringar som erbjöd lika stora fördelar i fråga om mängden stödmaterial, efterbearbetning och deformationer. Dessa hade den längsta printtiden för att tillverka en enskild komponent, men tog upp minst utrymme med optimal nesting, dvs. delarna optimalt arrangerade på byggplattan, vilket innebar att printtiden per komponent i själva verket blev kortare än med delarna orienterade på annat sätt.

industrial 3d printing

Det två mest fördelaktiga orienteringarna enligt optimeringsresultaten (övre bilden). Färgdiagram som jämför över 200 olika orienteringsalternativ, där de gröna områdena står för kortare printtid, mindre stödmaterial, mindre efterbehandling och färre deformationer, medan de röda områdena står för det motsatta (nedre bilden). De blå och orange rutorna anger orienteringarna på den övre bilden.

Designen modifierades ytterligare för att förbättra printbarheten för de valda orienteringarna och eliminera behovet av stödstrukturer i delar av komponenten som är synliga för slutanvändaren. Printprocessen simulerades med de valda orienteringarna för att avgöra var stödstrukturer skulle behövas, förhindra distorsioner i printriktningen från att kollidera med recoatern (bladet som sprider ut pulvret) samt kontrollera att komponentens slutgiltiga distorsionsnivåer var rimliga.

Nesting ger kostnadseffektiv industriell 3D-printing

Teamet använde även Etteplans verktyg för att uppskatta och jämföra kostnaderna för olika designalternativ med den ursprungliga konventionellt tillverkade delen. Uppskattningarna visade att det på grund av materialmängden och printtiden skulle bli för dyrt att producera en enskild del med 3D-printer. För att nå punkten där det kostar lika mycket att tillverka delarna med konventionella metoder som med additiv tillverkning måste man printa 11 delar samtidigt.

För att kunna tillverka så många delar som möjligt med en gång gjordes ytterligare ändringar i designen så att fyra delar kunde staplas ovanpå varandra i printriktningen. Då kunde man printa totalt 120 delar på en och samma gång. Genom att simulera processen kunde man än en gång uppskatta behovet av stödstrukturer och simulera printprocessen för staplar med fyra dammkanaler.

Etteplan 3d printing simulation

Staplar med fyra dammkanaler inklusive stödstrukturer (till vänster). Processimuleringen anger områden utan distorsion i grönt och områden med ökad distorsion från rött till gult och den högsta nivån i vitt.

Resultaten överträffade kundens förväntningar

Genom att modifiera designen så att delarna kunde staplas i printriktningen och maximera antalet delar som kunde printas samtidigt blev kostnaden per del 40 procent lägre jämfört med konventionell tillverkning. Kunden uppnår dessutom ytterligare besparingar tack vare en mer flexibel leveranskedja och möjlighet att tillverka delarna lokalt utifrån sina behov i olika stora partier.

Förutom lägre kostnader erbjuder den nya designen även ett antal andra fördelar: 

  • Över 50 % lägre vikt
  • Snyggare utseende tack vare noggrann planering för att säkerställa högsta möjliga kvalitet på de ytor som är synliga för slutkunden
  • Betydligt bättre luftflödesegenskaper
  • Nytt gängat fäste som underlättar hopmontering jämfört med den ursprungliga delen
  • Komponentkoder printade på ytan

industrial 3d printing prototype

De första prototyperna av dammutsugskanalerna (Printade hos 3DStep)

Optimerade processparametrar för ytterligare besparingar

Eftersom dammkanalerna inte är bärande delar behöver slutprodukten inte ha fullständigt tätt material med bästa möjliga mekaniska egenskaper. Det är ett bra exempel på ett fall där ett ”tillräckligt bra” material kan övervägas när man fastställer processparametrarna. Att göra vissa delar av komponenten något mer porösa kan ge betydande vinster i fråga om printtid (och därmed kostnader). För den staplade designen med fyra dammkanaler samarbetade Etteplan med SLM Solutions för att optimera processparametrarna för hastighet i icke-synliga delar (gängade inlopp/utlopp), medan resten av komponenten har standardparametrar med hög kvalitet. Samtidigt optimerades även stödstrukturerna för att minimera materiaförbrukningen och göra det lättare att blåsa bort pulver. På detta sätt kunde man minska printtiden för hela partiet med 25 procent. 

Framgångsfaktorer

Etteplans slutgiltiga design för dammkanalen till sliproboten uppfyllde och överträffade kundens designmål tack vare nära samarbete och god kommunikation mellan kunden, Etteplan, SLM Solutions och serviceleverantören som tillverkade delarna (3DStep).

En annan viktig framgångsfaktor var att projektteamet med sina kombinerade kunskaper kunde utnyttja den frihet additiv tillverkning ger och hade gedigen förståelse för tillverkningsprocessen för att producera en högklassig produkt med låga kostnader. Beslutsfattandet under designprocessen underlättades avsevärt av Etteplans kostnadsberäknare och simuleringsverktyg för additiv tillverkning. Ett nära samarbete med SLM Solutions resulterade i ytterligare kostnadsbesparingar genom optimering av processparametrarna.

Additive manufacturig parts

En fullpackad byggplattform med 120 komponenter på väg ut ur printern. Etteplans design minskade tillverkningskostnaderna med drygt 40 procent jämfört med konventionellt tillverkade komponenter

Printade och fotograferade av 3DStep

Mer att läsa

Riskbedömningsverktyg höjde maskinsäkerheten till ny nivå på Metsä Board

Metsä Board är specialiserade på miljövänlig nyfiberkartong vars produkter främst används i livsmedels- och konsumentförpackningar. Företaget har länge satsat på cirkulära lösningar för att tillgodose kraven som ställs på kundernas framtida förpackningar, till exempel spårbarhet av förnybara råmaterial och återvinningsbarhet. Metsä Board är en del av Metsä Group och har totalt åtta kartongbruk, varav sju ligger i Finland och ett i Sverige.

Kundcase Hybridtillverkning: Rosendahl Nextrom

AMO-teamet hos Etteplan arbetar hårt för att visa våra kunder hur man drar största nytta av additiv tillverkning, samtidigt som vi alltid försöker hitta den bästa tillverkningsmetoden för varje design. Detta kundcase är ett bra exempel på hur ”hybridtillverkning”, dvs. en kombination av additiva och traditionella tillverkningstekniker, kan användas för effektiv produktion av en mycket krävande produkt.

En dentalrobot skapas för den digitala eran

Rayo 3DToothfill syftar till att förbättra livslängden för miljarder människor med prisvärd och högkvalitativ tandhälsa. Deras lösning ger de bästa resultaten med jämförbara kostnader för tandläkaren och för patienterna. För att se till att deras lösning är användbar i olika omgivningar är den enkel och lätt att använda. Det är därför de tar sömlös integration med befintlig utrustning på allvar.

 

Kontakta oss
Tero Hämeenaho
Tero Hämeenaho
Department Manager, Additive Manufacturing and Optimization