Vormvrijheid met AM vereist nieuwe manier van denken

Additive manufacturing, ook wel gekend als 3D-printen, biedt voordelen die niet kunnen bereikt worden met klassieke productielijnen: onbeperkte ontwerpvrijheid, customisatie, lichtgewicht, materiaalefficiëntie, ... Om het volledige potentieel te ontsluiten, moeten ontwerpers echter kiezen voor een totaal nieuwe benadering en mentaliteit. Een sleutelaspect hierbij is het gebruik van de juiste methodologie.

AM vs. klassieke productiemethoden

AM is uiteraard meer dan ontwerp en methodologie. Het is een compleet proces, waarin elke bouwsteen een essentiële rol speelt. Voor we van start kunnen gaan met het printproces is het belangrijk dat u bij het ontwerp waarmee gewerkt wordt, rekening houdt met de vereisten, de productietechnologie en het materiaal. De keuze van materiaal en productietechnologie worden gemaakt tijdens het ontwerpproces.

Een van de grote trends van de laatste jaren is de overgang van het gebruik van AM voor prototyping naar de productie van 3D-geprinte onderdelen bestemd voor eindgebruik. Terwijl 3D-geprinte prototypes vaak copy-prints zijn van een ontwerp, moeten AM-onderdelen voor eindgebruik herontworpen of herwerkt worden in functie van de technologie om een competitief alternatief te kunnen bieden.

Bij conventionele productietechnologieën zijn ontwerpers gedwongen hun concepten aan te passen aan de beperkingen die het productieproces oplegt. Bij een technologie zoals frezen is de geometrische vrijheid van het ontwerp zeer beperkt: het is haast onmogelijk complexe ondersnijdingen te creëren of een vorm hol te maken. Hierdoor zijn onderdelen vaak inefficiënt of overgedimensioneerd.

De komst van additive manufacturing heeft komaf gemaakt met tal van barrières en de deur geopend naar meer creativiteit. Materialen worden laagsgewijs samengebracht tot modellen  startend van digitale 3D-data. Hoe meer materiaal wordt gebruikt, hoe hoger de kosten zullen zijn. Bovendien elimineert de mogelijkheid direct onderdelen te printen met complexe, niet-traditionele vormen effectief de nood aan gereedschappen op maat en kunnen ook complexe assemblages vermeden worden.

Kiezen voor vrijheid

In theorie kan AM dus staan voor een win-win-scenario. In de praktijk zien we echter dat de klassieke mentaliteit heel hardnekkig is en verhindert het volle potentieel van AM te benutten. De ontwerper moet de ommezwaai maken naar geometrische vrijheid, complexiteit en verandering.

Een goed praktijkvoorbeeld hiervan is de definitie van een gat of kanaal vs. diens functie. Bij klassieke technologieën is het gebruik van een ronde vorm nagenoeg verplicht om een gat of een kanaal te maken, aangezien deze met een boor verwezenlijkt worden. Met AM kan het gat of kanaal tijdens het printproces gecreëerd worden. Zo is het mogelijk de vorm en geometrie te optimaliseren, om zo het printproces en de functionaliteit van het onderdeel te verbeteren. Bovendien maakt een boor een recht gat. Om twee zulke gaten met elkaar te verbinden is dus een rechte hoek vereist, wat een negatieve impact heeft op de stromingseigenschappen van het kanaal. AM maakt de creatie van complexe 3D-kanalen mogelijk.

Deze nieuwe manier van denken beïnvloedt ook de keuze van software  voor het creëren van 3D-concepten. Omdat complexiteit vaak moeilijk te integreren is, volstaan basis tekentools niet om een nieuw idee te visualiseren of communiceren, of complexe 3D-modellen te creëren. Daarom worden vaak nieuwe softwareoplossingen zoals generatieve ontwerptools gebruikt. Generatief ontwerp volgt de evolutionaire benadering van de natuur. Op basis van de input van ontwerpdoelstellingen en parameters, zoals materiaal, productiebeperkingen en specifieke belasting zal de software nieuwe ontwerpconcepten genereren die kunnen gebruikt worden als inspiratiebron en als basis voor het finale ontwerp. Er is niet slechts ‘één’ of ‘beste’ generatieve ontwerpoplossing per specifieke toepassing: op basis van de input zijn tientallen haalbare opties mogelijk. Het is de uitdaging om het ontwerp te kiezen dat het beste aansluit bij de productvereisten.

Methodologie in zes stappen

De meeste productontwerpers zijn nog niet vertrouwd met AM. Omdat deze productietechnologie een specifieke aanpak vereist, ontwikkelde Sirris een specifieke ontwerpmethodologie. Zo kunnen de mogelijkheden van de AM-technologieën ten volle gebruikt worden, terwijl rekening wordt gehouden met andere productierestricties.

De algemene methodologie heeft betrekking tot alle AM-technologieën, bestaat uit zes verschillende fases en is gebaseerd op een 'globaal ontwerpproces’. Meer weten over deze methodologie? We leggen ze voor u uit in ons e-boek 'Design for additive manufacturing: a feasible methology'.

Schrijf u hier in en ontvang het e-book in uw mailbox.

Tags: