Design for Manufacturing: Ein ausführlicher Leitfaden

„Der wichtigste Punkt der Design for Manufacturing (DFM)-Strategie besteht darin, dass sie die Gesamtkosten senkt und die Produktionseffizienz erhöht.“

Technische oder technische Zeichnungen sind die Grundlage für die Herstellung jedes Artikels, unabhängig von der Herstellungsmethode. Bei der CNC-Bearbeitung, dem Spritzguss, dem Druckguss und allen anderen Prozessen wird ein virtueller Entwurf des gewünschten Teils (2D oder 3D) gezeichnet und die Fertigung auf der Grundlage dieses Modells ausgeführt. Hier kommt die Zeichenstrategie namens „ Design für die Fertigung.“ Dieser Ansatz unterstützt den Konstrukteur bei der Vorbereitung einer Zeichnung, damit bei der Herstellung die Kosten gesenkt und die erforderliche Qualität erhalten bleibt.

In diesem Blogbeitrag werden Designprinzipien für Fertigungsansätze sowie wesentliche Richtlinien für die Vorbereitung solcher Designs behandelt. 

Was ist Design for Manufacturing (DFM)? 

Dabei handelt es sich um den Prozess des Entwerfens von Produkten, Teilen oder Komponenten, um die Herstellungsphase zu vereinfachen. Ingenieure oder Designer optimieren jedes Merkmal und Element, um sicherzustellen, dass das Design mit dem Fertigungslebenszyklus übereinstimmt.

Unterdessen besteht das Hauptziel von DFM darin, die Situation zu lindern Herstellungsverfahren mit einem hochkompatiblen Design und reduzieren die Kosten.

• DFM optimiert Design und Materialien, um Kosten zu senken und die Produktion zu beschleunigen.
• Dazu gehört eine gründliche Analyse der Design- und Herstellungsprozesse.
• Fortschrittliche Computertools ermöglichen detaillierte Simulationen der Fertigung.
• Aufgrund seiner Effizienz- und Innovationsvorteile nimmt seine Akzeptanz bei Herstellern zu.

Darüber hinaus können mit dem Design-for-Manufacturability-Ansatz die Änderungen schon früh in der Designphase umgesetzt werden. Fortschrittliche Software kann die Herstellung von Designs am Computer simulieren. Es kann verschiedene Ideen zur Verbesserung des Designs entsprechend der Leistungsfähigkeit einer bestimmten Fertigungstechnologie liefern. 

Beispielsweise;

Wenn Sie ein Wellendesign erstellen, um es mit CNC-Fräsen herzustellen, können Sie das Fräsen dieser Welle in einer Computersoftware simulieren. Es ermöglicht Ihnen, das Design hinsichtlich Qualität, Zykluszeit und sogar der Parameter genau zu ändern, bevor Sie mit dem eigentlichen Fräsprozess fortfahren.

Was sind die Design-for-Manufacturing-Prinzipien?  

Bevor mit dem Entwurf begonnen wird, hilft die Überlegung der richtigen Fertigungsmethode bei der Entscheidung über verschiedene Aspekte der Zeichnung, von Toleranzniveaus bis hin zu Geometrien. Beispielsweise kann die Konstruktion einer Spritzgussform, die mit EDM oder CNC hergestellt werden soll, einige separate Überlegungen erfordern.

Darüber hinaus können mehrere Prinzipien gefunden werden, um ein herstellbares Design zu erstellen. Wir werden jedoch nur die vier Grundprinzipien diskutieren, die die meisten DFM-Strategien abdecken. 

1. Der Designprozess

CAD-Design des Fahrwerksteils

Der Designprozess in Design for Manufacturing (DFM) konzentriert sich auf einfachere Designs für die Fertigung. Zu den wichtigsten Aspekten gehört die korrekte Bemaßung, um mehrdeutige oder komplexe Messungen zu vermeiden, die den Produktionsprozess erschweren. Die Einheitlichkeit im Design, wie standardisierte Lochgrößen oder symmetrische Anordnungen und einfache Werkzeuge. Als nächstes gleichmäßige Dicke und nahtloser Übergang

Darüber hinaus kann sich der Designprozess je nach Herstellungsverfahren unterscheiden. Der Entformungswinkel ist beispielsweise bei Formkonstruktionen entscheidend, nicht aber bei der CNC-Bearbeitung. 

Nehmen wir ein Beispiel für das Designprozessprinzip für einen CNC-Fertigungsentwurf.

• Eine Mindestwandstärke von 0.8 mm bei Metallen und 1.5 mm bei Kunststoffen, um die strukturelle Integrität zu gewährleisten und Verformungen zu vermeiden
• Aus Gründen der Stabilität und Genauigkeit beträgt die Tiefe eines Lochs höchstens das Vierfache seines Durchmessers
• Berücksichtigung des freien Werkzeugzugriffs auf den Bearbeitungsflächen.
• Ein Radius an Innenecken mit mindestens einem Drittel der Hohlraumtiefe

2. Materialauswahl 

Bei der Auswahl des Materials für die Herstellung müssen Faktoren wie Festigkeit, Haltbarkeit, Gewicht, Ästhetik, Kosten und die Einhaltung gesetzlicher Standards berücksichtigt werden. Als nächstes sollten die Materialien mit dem beabsichtigten Herstellungsprozess kompatibel sein, sei es Gießen, Schmieden, Bearbeiten oder Formen.

Die Auswahl des DFM-Materials basiert auf den folgenden Kriterien:

• Es sollte den Betriebsanforderungen und der Lebensdauer des Produkts entsprechen, z. B. Härte, Festigkeit, elektrische und thermische Leitfähigkeit usw. 
• Die Kosten sollten relativ niedrig sein, entweder durch die Beseitigung des Abfalls oder durch die Verwendung weniger kostspieliger und leicht verfügbarer Optionen.
• Die ausgewählten Materialien beeinträchtigen weder die Qualität noch die Leistung des Produkts.
• Das Material vereinfacht Herstellungsprozesse und verkürzt die Produktionszykluszeit.

3. Zeit- und Kostenminimierung

Design-for-Manufacturing-Praktiken rationalisieren verschiedene Phasen des Produktlebenszyklus, vom Design über die Produktion bis hin zur Montage. Dies erreichen sie durch die Vereinfachung des Designs, die Verwendung von Standardkomponenten und die Optimierung der Montageprozesse. Daher konzentrieren sie sich auch auf die Reduzierung von Materialverschwendung und Energieverbrauch, um die Gesamtkosten zu senken.

4. Simulation und Tests

Die Computersimulation des Designs ist ein neues und fortschrittliches Prinzip. Es ist besonders vorteilhaft für Prototypenbauer weil sie ihre Entwürfe validieren und mit der Simulation potenzielle Herstellungs- und Betriebsprobleme vorhersehen können.

Simulationstools wie die Finite-Elemente-Analyse (FEA) und die numerische Strömungsmechanik (CFD) können zeigen, wie sich ein Produkt unter verschiedenen physikalischen, thermischen und mechanischen Belastungen verhält. Dieser proaktive Ansatz hilft dabei, Schwachstellen in der Konstruktion zu erkennen, wie z. B. Spannungskonzentrationen, potenzielle Ermüdungsversagenspunkte und Montageprobleme. Dadurch können Hersteller Änderungen vornehmen, bevor teure Werkzeuge und Produktion anfallen. 

Die Design for Manufacturing-Richtlinien

Ein perfektes Fertigungsdesign erfordert verschiedene Überlegungen. Um dies zu erreichen, können Designer während des gesamten Prozesses bestimmte Richtlinien befolgen.

1. Niedrigere Teilenummern 

Die Gesamtzahl der Teile im Produktdesign hat großen Einfluss auf die Zeit und das Gesamtbudget des Projekts. Durch die Reduzierung der Teileanzahl in einem Produkt werden der Prozess und die Montagekomplexität minimiert und vereinfacht.

2. Komponenten standardisieren 

Unabhängig davon, welches Produkt Sie entwerfen, können Sie nach Standardkomponenten suchen. Verwenden Sie beispielsweise Standardlager und -dichtungen, wenn Sie Maschinenausrüstung entwerfen.

3. Entwerfen Sie multifunktionale Teile

Teile, die in einem Design mehrere Funktionen erfüllen, rationalisieren die Produktions- und Montageprozesse. Es bietet die Flexibilität, zusätzliche Funktionen wie Selbstbefestigung zu integrieren, um die Montage zu erleichtern.

4. Fertigungsprozesse optimieren

Wählen Sie Materialien und Prozesse, die die Herstellungskosten senken. Darüber hinaus können Sie unnötige Endbearbeitungsvorgänge vermeiden und angemessene Toleranzen und Oberflächengüten festlegen.

5. Vereinfachen Sie die Montageanweisungen

Sie müssen auch das Design für die Montage berücksichtigen. Das Design sollte die Montage in einer Richtung erleichtern. Vertikal wird es bevorzugt, die Schwerkraft zu nutzen und den Montagevorgang zu vereinfachen.

6. Teilekonformität

Sie können Merkmale einbeziehen, die eine gewisse Abweichung beim Zusammenbau ermöglichen, wie etwa Fasen oder moderate Radien. Diese Funktionen erleichtern das Einführen und verringern das Beschädigungsrisiko.

7. Kontrollierte Montage

Der Einsatz von taktilen Sensoren, Bildverarbeitungssystemen und integrierter Compliance im Montageprozess steigert die Effizienz und reduziert Fehler.

8. Abfallminimierung 

Entwerfen Sie Produkte, die Verschwendung berücksichtigen, insbesondere in der subtraktiven Fertigung. Weniger Materialverschwendung trägt zur Kostensenkung bei.

Allgemeine Designregeln für die Herstellbarkeit

• Achten Sie auf einen geeigneten Abstand zwischen den Löchern der Teile. Der Abstand zwischen den beiden Mittelpunkten sollte das Dreifache des Lochdurchmessers betragen.
• Die grundlegenden Maßangaben sollten geklärt werden. Sie können standardisierte Bemaßungen aus einem konsistenten Bezug verwenden, um Probleme bei der Toleranzstapelung zu vermeiden.
• Geringstes realisierbares Gewicht bei gleichzeitiger Beibehaltung der Haltbarkeit.
• Verwenden Sie standardmäßige und einfache Werkzeugkonfigurationen gegenüber kundenspezifischen Werkzeugen, es sei denn, der Produktionsumfang erfordert dies.
• Integrieren Sie großzügige Kurvenübergänge wie Verrundungen und Radien, um die Robustheit des Teils zu verbessern.
• Strategische Teilekonstruktionen für mehrere Fertigungsschritte, ohne dass eine Neuorientierung erforderlich ist.

Was ist Design for Assembly (DFA)?

Es bezieht sich auf die Gestaltung des Produkts unter Berücksichtigung verschiedener Montagefaktoren wie Ausrichtung, Positionierung, Einsetzen und Befestigung. Wie DFM konzentriert sich auch DFA auf die Reduzierung von Montagedauer und -kosten. Darüber hinaus optimiert die Kombination von DFM und DFA im Fertigungsdesign das Endergebnis.

Es fördert;

• Weniger separate Komponenten zur Reduzierung der Montageschritte
• Einfaches Einfügen
• Einfache und einfache Orientierung für die Montage
• Automatisierte Montagetechniken in der Entwurfsphase für zukünftige Integration

DFM vs. DFA: Was sind die Unterschiede?

Obwohl beide Verfahren die Herstellung vereinfachen und sich gegenseitig ergänzen, unterscheiden sich DFM und DFA. DFM konzentriert sich auf den Herstellungsprozess, während DFA sich auf die Montagephase konzentriert. 

Tabelle: DFM vs. DFA

Wir helfen Ihnen, Ihr Design für die Fertigung bei Boda zu optimieren

Unsere Designer und Ingenieure arbeiten an der Entwicklung von Teilen und Produkten für verschiedene Fertigungsanforderungen. Sie arbeiten eng mit dem Fertigungsteam und den Kunden zusammen, um den nahtlosen Design- und Produktionsübergang zu ermöglichen. So können wir Ihnen bei der Optimierung Ihres Designs helfen, um Produktionskosten und -zeit zu reduzieren.   

Unsere Produktionsfabrik verfügt über CNC-Bearbeitung, Blechbearbeitung und viele weitere Einrichtungen. Unsere Designunterstützung und Beratung können die Kosten Ihres Projekts senken und gleichzeitig Qualität und Funktionalität beibehalten.

Sie können Ihr Design und andere Informationen zur Herstellung hochladen. So kann unser Designteam prüfen, was wir tun können, bevor es mit der Produktionsphase fortfährt.

Fazit 

Die Übereinstimmung des Designs mit den Fähigkeiten der vorgesehenen Fertigungstechnologie ist die Grundlage für ein erfolgreiches Projekt. Mehrere Design- und Materialüberlegungen können die Produktionszeit und das Budget optimieren. Hier, Design für die Herstellung oder Design für die Herstellbarkeit befasst sich mit diesen Überlegungen für qualitativ hochwertige Ergebnisse. Es unterstützt Designer dabei, einen fehlersicheren Entwurf mit minimaler Komplexität und einfacher Herstellung zu erstellen. 

Häufig gestellte Fragen

Kann der DFM-Ansatz die Herstellungskosten senken? 

Ja! Die DFM-Strategie kann die Herstellungskosten erheblich senken, indem Herstellungsprozesse rationalisiert, Materialverschwendung reduziert und die Effizienz verbessert wird.

Was ist ein Beispiel für Design for Manufacturing? 

Ein Beispiel für Design for Manufacturing (DFM) ist die Verwendung gemeinsamer und standardisierter Komponenten in einem neuen Produktdesign.

Wie verkürzt DFM die Produktionszykluszeit? 

Herstellbarkeitsorientiertes Design verkürzt die Zykluszeit durch die Vereinfachung von Konstruktionen und Prozessen, was zu weniger Fertigungsschritten und weniger komplexen Baugruppen führt.

Warum ist Design for Manufacturability so wichtig?

Es trägt zu einem einfacheren Produktionsprozess bei und erhöht die Produktqualität. DFM sorgt außerdem dafür, dass Produkte schneller auf den Markt kommen.