Ontwerpen voor productie (DfM)

1. Kennismaking met Design for Manufacturing (DfM)

Design for Manufacturing (DfM) is een fundamentele filosofie in productontwerp die stelt dat producten vanaf het begin moeten worden ontworpen met productie-efficiëntie in gedachten. Het doel is om producten te creëren die niet alleen functioneel zijn, maar ook kosteneffectief en efficiënt te produceren zijn.

Waarom DfM belangrijk is

• Lagere productiekosten
• Een kortere ontwikkeltijd
• Verbeter de kwaliteit en consistentie van je product
• Maak productieprocessen minder complex
• Maak opschalen naar massaproductie makkelijker

2. Basisprincipes van DfM

Vereenvoudiging

Beperk het aantal onderdelen, vormelementen en de complexiteit waar het kan. Elk extra onderdeel verhoogt de kosten en de assemblagetijd.

Voorbeeld: een behuizing die oorspronkelijk uit 8 onderdelen bestond, werd herontworpen tot 3 onderdelen door slim gebruik van clips en door functies te integreren.

Standaardisatie

Gebruik standaardmaterialen, -afmetingen en -bevestigingsmiddelen om de gereedschapskosten te verlagen en vlotter met leveranciers te werken.

Voorbeeld: gebruik standaardschroeven M3, M4 en M5 in plaats van speciale maten: die zijn goedkoper en overal verkrijgbaar.

3. Materiaalselectie voor DfM

De juiste materiaalkeuze is cruciaal voor een kosteneffectieve productie. Kijk niet alleen naar de functionele eisen, maar ook naar de maakbaarheid, de beschikbaarheid en de kosten.

Criteria voor de materiaalkeuze

• Mechanische eigenschappen: sterkte, stijfheid, taaiheid
• Omgevingsfactoren: temperatuur, vochtigheid, chemicaliën
• Maakbaarheid: bewerkbaarheid, complexiteit van de vorm

Kostenoverwegingen

• Materiaal: vaak het grootste aandeel
• Bewerking: hangt af van complexiteit en toleranties
• Verspilling: afval, uitval en herwerk

4. Ontwerpen voor assemblage

Principes voor assemblage

Doe dit:

• Assembleer van boven naar beneden
• Gebruik zelfuitlijnende vormen
• Minimaliseer bevestigingsmiddelen
• Ontwerp voor automatisering

Vermijd dit:

• Complexe assemblagevolgorde
• Verborgen bevestigingen
• Fragiele onderdelen
• Onderdelen die met de hand gepast moeten worden

5. Kostenoptimalisatie

Kostenverdeling

• Materiaal: hoeveel en welk
• Bewerking: machinetijd en opspanningen
• Assemblage: aantal onderdelen en verbindingen
• Overhead: planning, controle en logistiek

Tips om kosten te besparen

• Materiaal optimaliseren: kies goedkopere materialen waar de functie het toelaat
• Proceskeuze: stem het productieproces af op volume en complexiteit
• Ontwerp vereenvoudigen: verminder onderdelen en complexiteit

6. Productieprocessen en DfM

Elk productieproces heeft eigen DfM-richtlijnen. Ken de mogelijkheden en beperkingen van elk proces om optimaal te kunnen ontwerpen.

DfM-richtlijnen voor 3D-printing

Aandachtspunten bij het ontwerp:

• Overhangen < 45° om zonder support te printen
• Minimale wanddikte: 0,8 mm (FDM), 0,4 mm (SLA)
• Vermijd volledig gesloten holtes
• Gebruik een druppelvorm voor horizontale gaten
• Overbruggingen van maximaal 5 mm zonder support
• Geleidelijke overgangen in plaats van scherpe hoeken

Voordelen: complexe geometrieën mogelijk, geen gereedschapskosten, snelle prototypes. Beperkingen: beperktere materiaalkeuze, wisselende oppervlakteafwerking.

DfM-richtlijnen voor CNC-bewerking

Aandachtspunten bij het ontwerp:

• Gebruik standaarddiameters voor frezen (3, 6, 10, 12 mm)
• Minimale radius = 50% van de freesdiameter
• Vermijd diepe, smalle zakken (L/D > 4)
• Zorg dat de frees overal bij kan
• Vermijd onderbrekingen in materiaaldoorsnede
• Gebruik gangbare bewerkingstoleranties (standaard ±0,1 mm)

Voordelen: hoge precisie mogelijk (±0,01 mm), uitstekende oppervlakteafwerking, breed gamma materialen. Beperkingen: beperktere complexiteit, materiaalverlies.

DfM-richtlijnen voor spuitgieten

Aandachtspunten bij het ontwerp:

• Uniforme wanddikte (meestal 2-4 mm)
• Lossingshoeken: 0,5-2° om te ontvormen
• Minimale radius: 0,5 mm voor binnenhoeken
• Vermijd diepe ribben en ondersnijdingen
• Stuur de materiaalstroom bewust
• Bepaal de plaats van de deellijn vroeg

Voordelen: zeer lage stukprijs bij grote aantallen, hoge productiesnelheid, uitstekende oppervlakteafwerking. Beperkingen: hoge matrijskosten bij de start, lange ontwikkeltijd.

7. Rekenvoorbeelden

Twee rekenvoorbeelden die tonen waar DfM het verschil maakt. Het zijn illustraties met typische bedragen, geen projecten van een bepaalde klant.

Voorbeeld 1: herontwerp van een behuizing

Vóór de toepassing van DfM:

• 12 losse onderdelen
• 24 verschillende schroeven en bevestigingen
• Complexe assemblagevolgorde (8 stappen)
• Productiekosten: €45 per stuk
• Assemblagetijd: 25 minuten
• Gereedschapskosten: €15.000

Na de toepassing van DfM:

• 4 geïntegreerde onderdelen
• 8 standaardschroeven + klikverbindingen
• Eenvoudige assemblage (3 stappen)
• Productiekosten: €28 per stuk
• Assemblagetijd: 8 minuten
• Gereedschapskosten: €8.500

Resultaat: 38% kostenbesparing, 68% snellere assemblage, 43% lagere gereedschapskosten.

Voorbeeld 2: een mechanisch onderdeel optimaliseren

Oorspronkelijk ontwerp. Probleem: een complex, 5-assig CNC-bewerkt onderdeel met veel fijn detailwerk.

• Bewerkingstijd: 4,5 uur per stuk
• Materiaalverspilling: 85%
• Kwaliteitsuitval: 12%
• Kosten: €180 per stuk

DfM-oplossing. Aanpak: herontwerp voor 3-assig CNC-frezen + 3D-geprinte inzetstukken.

• Bewerkingstijd: 1,2 uur per stuk
• Materiaalverspilling: 45%
• Kwaliteitsuitval: 3%
• Kosten: €75 per stuk

Toegepaste DfM-principes:

• Vereenvoudigde geometrie voor 3-assig bewerken
• Geïntegreerde functies om assemblage te verminderen
• Geoptimaliseerde materiaalkeuze
• Hybride productieaanpak
• Standaardtoleranties waar mogelijk
• Geoptimaliseerde materiaalstroom

8. DfM-checklist

Het ontwerp controleren

• Zo weinig mogelijk onderdelen gebruikt?
• Standaardmaterialen gekozen?
• Toleranties geminimaliseerd?
• Assemblage geoptimaliseerd?

De productie controleren

• Geschikt productieproces gekozen?
• Gereedschapskosten meegenomen?
• Schaalbaarheid gevalideerd?
• Kwaliteitscontrole mogelijk?

Kort overzicht

Snelle winst met DfM

• Minder onderdelen: combineer functies waar mogelijk
• Standaardiseer: gebruik standaardmaten en -materialen
• Vereenvoudig de assemblage: ontwerp voor eenvoudige montage

Veelgemaakte fouten

• Overspecificatie: onnodig strikte toleranties
• Productie negeren: geen overleg met het productieteam
• DfM te laat toepassen: pas na de ontwerpfase

Ontwerp vanaf het begin met de productie in gedachten: dat is de kern van Design for Manufacturing.

Terug naar gidsen