Wat is design for additive manufacturing?
Een nieuwe manier van denken over productontwerp.
Van traditioneel naar additief
Traditionele productieprocessen zoals CNC-frezen of spuitgieten hebben specifieke beperkingen: rechte lijnen, eenvoudige geometrieën en de noodzaak van lossingshoeken. DfAM draait dit om: je ontwerpt voor de mogelijkheden van 3D-printing.
Met DfAM kun je complexe geometrieën, interne kanalen, roosterstructuren en organische vormen realiseren die voorheen onmogelijk of extreem duur waren om te produceren.
Basisprincipes
- Functie-integratie: meerdere onderdelen combineren in één print
- Complexiteit zonder kosten: complexe geometrieën zijn niet duurder
- Materiaaloptimalisatie: alleen materiaal waar het nodig is
- Maatwerk: elk onderdeel kan uniek zijn
DfAM tegenover traditioneel ontwerp
Traditioneel denken gaat uit van eenvoudige geometrieën, assemblage van meerdere delen, uniform materiaalgebruik en beperkt maatwerk. Denken volgens DfAM maakt complexe organische vormen, geïntegreerde functionaliteit, optimaal materiaalgebruik en volledige personalisatie mogelijk.
Belangrijkste DfAM-strategieën
- Roosterstructuren: honingraatstructuren die sterk blijven bij minimaal gewicht, tot 80 % lichter, toegepast in de luchtvaart en de auto-industrie
- Topologie-optimalisatie: door software berekende vormen met minimaal materiaal en een optimale verhouding tussen stijfheid en gewicht, met tools als Fusion 360 en Altair
- Vormvolgende koeling (conformal cooling): koelkanalen die de vorm van het onderdeel volgen, voor een kortere cyclustijd in spuitgietmatrijzen
- Onderdelen samenvoegen: meerdere onderdelen in één print combineren, met minder assemblage en lagere kosten
- Biomimicry: natuurlijke structuren zoals botten en bomen nabootsen voor optimale prestaties
- Maatwerk op schaal (mass customization): elk onderdeel aangepast aan specifieke eisen, met een perfecte pasvorm voor medische en sporttoepassingen
DfAM-ontwerprichtlijnen
Praktische tips voor geslaagde ontwerpen voor 3D-printing.
Doe dit
- Minimale wanddiktes: 0,8 mm voor SLA, 1,5 mm voor SLS
- Afgeronde hoeken: minder spanningsconcentraties
- Zelfdragend: hoeken <45° voor overhangen
- Afvoergaten: voor ongebruikt poeder
- Oriëntatie optimaliseren: voor minimale supports
- Holle ontwerpen: materiaal en tijd besparen
Vermijd dit
- Te dunne wanden: kunnen breken tijdens het printen
- Scherpe hoeken: veroorzaken spanningsconcentraties
- Grote vlakke oppervlakken: risico op kromtrekken
- Gesloten holtes: poeder kan niet weg
- Kleine tekstkenmerken: moeilijk leesbaar
- Bewegende delen: te kleine toleranties
DfAM-casestudies
GE Aviation: brandstofsproeier voor de LEAP
Een bekend voorbeeld uit de luchtvaart is de brandstofsproeier van GE: een samenstel van een twintigtal gelaste onderdelen werd één 3D-geprint onderdeel. Minder onderdelen betekent minder verbindingen die kunnen falen en een eenvoudigere assemblage.
Matrijzen met vormvolgende koeling
Met SLM kun je koelkanalen in een matrijsinzet laten meelopen met de vorm van het product. Dat koelt gelijkmatiger dan rechte geboorde kanalen, wat de cyclustijd kan verkorten en kromtrekken kan beperken.
Medische implantaten: gepersonaliseerde protheses
Met DfAM kunnen fabrikanten van medische hulpmiddelen implantaten ontwerpen die aansluiten op de anatomie van elke patiënt. Mogelijke voordelen: een betere pasvorm en poreuze structuren waarin bot kan ingroeien. Kenmerken: roosterstructuren, biocompatibel titanium en een ontwerp per patiënt, met 90 % geslaagde integratie.
Software voor DfAM
- Topologie-optimalisatie: Fusion 360 Generative Design, Altair OptiStruct, ANSYS Mechanical, Autodesk Dreamcatcher
- Roosterontwerp: nTopology, Materialise 3-matic, Autodesk Netfabb, MSC Apex Generative Design
- Simulatie en analyse: ANSYS Additive Suite, Simufact Additive, MSC Simufact, Digimat AM
DfAM invoeren
- Opleiding: leer je ontwerpteam de DfAM-principes en de mogelijkheden van 3D-printing. Begin met workshops en onlinecursussen.
- Software invoeren: investeer in DfAM-software voor topologie-optimalisatie en roosterontwerp.
- Proefprojecten: begin met kleine proefprojecten om ervaring op te doen en het rendement aan te tonen voor je opschaalt.
- Integratie in de productie: neem DfAM op in je standaardontwerpproces en werk samen met partners voor 3D-printing.
Conclusie
Design for Additive Manufacturing is meer dan een ontwerpfilosofie: het is een paradigmaverschuiving die de manier waarop we producten ontwikkelen fundamenteel verandert. Met DfAM-principes maken bedrijven producten die lichter, sterker en functioneler zijn dan ooit.
Bij Makernaut helpen we bedrijven om DfAM in hun ontwerpproces in te voeren. Onze experts analyseren je ontwerpen en optimaliseren ze voor 3D-printing, zodat je maximaal profiteert van de voordelen van additive manufacturing.