После нескольких обсуждений мы решили использовать одну из деталей в качестве кандидата на участие в курсе и предложить участникам применить знания и инструменты, полученные на их вводных и промежуточных курсах AM, к этой части. Таким образом, это стало беспроигрышным для участников и компании. Участники приступили к работе над реальной частью курса, в то время как компания использовала часть своего бюджета на обучение, чтобы начать перепроектировать деталей для AM.
Хотя мне не разрешается делиться какой-либо информацией о компании, детали или ее стоимости, я могу поделиться некоторыми подробностями о путях, по которым участники пытались реализовать жизнеспособную деталь AM. Как показано ниже, это началось с определения оценки того, во что обойдется воспроизведение детали “как есть” с AM. Как мы уже много раз говорили ранее, эту замену “подобное за подобное”, которую компании пытаются осуществить в начале своего пути в AM, труднее всего оправдать, и мы видим, почему на рисунке.
Используя мою простую модель затрат AM, участники построили график в размере руб./кг, как я описал в колонке за прошлый месяц для лазерного плавления в порошковом слое. В этом случае данные о параметрах процесса были получены для Ti-6Al-4V ELI (класс 23) с веб-сайта SLM Solutions. В системе SLM ® 280 2.0 для этого материала предусмотрено четыре режима обработки, и на рисунке показаны самые медленные и дешевые настройки (слои толщиной 30 мм, мощность лазера 400 Вт, 2100 рублей США в час для работы машины), а также самые быстрые и дорогие настройки (90 мм, 700 Вт, 4200 рублей в час) для оценки наших затрат. Затраты на предварительную/последующую обработку варьировались от 60% до 30%, как показано на рисунке, а затраты на порошковую обработку и почасовые эксплуатационные расходы станка основаны на данных, полученных мной за последние пять лет в CIMP-3D. Полученный график в размере руб./кг дал участникам немедленное представление о компромиссах, с которыми им придется столкнуться при перепроектировании детали (например, вес детали и степень предварительной/последующей обработки, стоимость порошка, параметры обработки, почасовые эксплуатационные расходы).
Вооружившись этой технологией, задача воспроизведения детали с AM быстро становится решаемой. В то время как исходная деталь (обозначенная “0”) весит менее 0,3 кг, опорные конструкции, припуски на механическую обработку и другие припуски для различных ориентаций сборки более чем вдвое увеличивают объем печатаемого материала, что существенно увеличивает затраты. На диаграмме для иллюстрации показаны три ориентации сборки:
(1) горизонтальная минимизирует высоту сборки, но позволяет использовать только четыре детали на сборную пластину,
(2) вертикальная минимизирует площадь на сборную пластину, позволяя печатать сразу восемь деталей,
(3) наклонная 45o минимизирует опоры, но позволяет использовать только четыре детали на пластину.
На этом этапе вертикальная ориентация была выбрана для максимального увеличения объема производства на сборку, а ориентировочная стоимость репликации детали “как есть” указана цифрой “1” на рисунке. Этот момент стал базовой стоимостью для сравнения (не “0”), поскольку деталь была переработана. В этом случае соотношение “печать к детали” стало ключевым показателем, поскольку было трудно оправдать печать в 2,5 раза большего материала, а затем обработку излишков для воспроизведения веса детали. Конечно, исходная деталь имела соотношение "покупка-полет" около 9:1, но высокое соотношение "печать-деталь" для этой ориентации означало, что пришло время перейти к модификации для AM (MfAM), чтобы снизить затраты.
Существует множество способов снизить затраты и изменить деталь для AM, и на рисунке показаны три решения, помеченные буквами “А”, “В” и “С”. Все три имеют вертикальную ориентацию сборки, но участники воспользовались предоставленной им свободой проектирования для изменения выступов, минимизации и даже интеграции несущих конструкций в деталь, а также уточнения припусков/припусков на обработку для снижения затрат на последующую обработку. Эти модификации снизили соотношение печати к деталям с 2,50 до 2,15, 1,80 и 1,13 соответственно; однако участники также выявили возможности для снижения веса детали, а также путем анализа результатов структурного анализа.
Это осознание привело к заключительному этапу опыта, в ходе которого участники стремились повысить ценность, применяя методы проектирования для AM (DfAM), такие как оптимизация топологии и генеративный дизайн. Участники применяли различные методы, основанные на их уровне владения САПР и различными программными средствами DfAM. Три решения показаны на рисунке, чтобы проиллюстрировать некоторые результаты. Самое легкое решение, “а”, было получено с использованием инструмента для создания дизайна, но органическая форма требовала увеличения опорных конструкций. Таким образом, хотя это решение снижает вес почти на 60 процентов, соответствующее соотношение печати к детали составляет 8,11, что было неприемлемо. Решение “в” было получено путем ручной модификации модели САПР на основе результатов структурного анализа — удаления материала в областях с низким напряжением детали. Это уменьшило вес детали примерно на 30 процентов, но соответствующее соотношение печати к детали составило 1,60, что все еще было довольно высоким.
Лучшее решение из трех показанных уменьшило вес на 20 процентов при достижении соотношения печати к детали 1,21, обозначенного буквой " g” на рисунке. Это решение было получено путем балансировки DfAM и MfAM, в частности, с использованием оптимизации топологии для внесения изменений в исходную деталь, а также с учетом соответствующих рекомендаций по проектированию, сокращения вспомогательных структур и минимизации последующей обработки. Уменьшенный вес детали компенсирует дополнительный материал, который печатается для опор и тому подобного, что дает решение, обеспечивающее соотношение затрат на основе исходного веса детали (“0” на рисунке) и открывающее путь к жизнеспособной детали AM. Теперь начинается настоящая работа!
