加法制造设计(DFAM)的价值

发布时间:2020-11-20 10:00    来源:Modern Machine Shop

关键词:DFAM

摘要:在我们身边有些东西是很难估价的,尤其是公司生产的产品或设计的零件。另一方面,成本是很容易估算的。在我们购买设备支付费用的时候,我们需要了解一台设备的成本是多少。

  在我们身边有些东西是很难估价的,尤其是公司生产的产品或设计的零件。另一方面,成本是很容易估算的。在我们购买设备支付费用的时候,我们需要了解一台设备的成本是多少。

  我们还可以对开发一种产品的成本做出合理的估算,因为我们可以计算出设计它所花费的时间、制作原型的成本、测试每个原型的成本等等。各种努力在产品开发过程中增加了价值,而量化这些价值是有挑战性的。如果产品在市场上反响很好,那么我们就知道这些努力确实增加了价值,但是在每个开发阶段增加了多少价值,仍有待进一步解释。

  作者眼里的AM成本方程,主要由四部分组成,它们分别是材料、构建时间、机器成本和预处理/后处理成本。有一个道理很简单:需要的材料越多,零件的成本就越高。构建时间和设备成本有一点耦合。较长的构建时间等于更高的成本,但一台更昂贵的设备,操作成本会更高,并提供了更快的制造速率。当然,制造零件的最大高度也会增加制造时间和随后的设备成本,因为涂覆器大约需要花费10秒,来铺展新的粉末层。这种“死时间”和相关的成本可能看起来微不足道,但当你扩展到数千层时,它就会变得非常重要。结合行业的平均水平,预处理和后处理成本大约占AM部件总成本的40%。使用该模型,使用激光PBF制造的金属AM部件的总成本可以被估计为材料成本和机器成本的总和,后者是建造时间和层重写时间的直接函数,所有除以1减去归因于前/后处理的成本百分比。

  为了便于计算,我们假设预/后处理成本为50%,这样我们只需将材料和机器成本的总和加倍,就可以估算金属AM部件的总成本。我们还可以将这种节省与其他因素的节省进行比较,例如粉末原料成本的降低或生产效率的提高,从拥有更多的激光或其他提高建造速度的改进。 我让们从后两个问题开始。如果粉末原料成本降低了10-20%,那么材料成本也降低了10-20%。当我们应用预处理/后处理乘数时,这些节省直接转化为总成本,但仅与材料成本与机器成本的比率成比例。例如,如果材料成本和机器成本在零件成本中所占比例相等,这可能适用于像钛这样昂贵的材料,那么在应用我们的预处理/后处理假设后,总成本减少了5-10%,因为只有一半的成本是由材料造成的。

  同样的逻辑也适用于构建速度。如果构建速度加倍,那么构建时间就会减少,但不会减少50%,因为我们还有恢复时间。一个较短的部分(低z高度)可能会减少45%的构建时间,而一个较高的部分可能只会减少30%,而不是你预期50%或75%的节省。不幸的是,多激光PBF系统的每小时成本可能比单激光系统高出50-100%,而且缩短构建时间所节省的成本并不像你预期的那么高。不幸的是,多激光PBF系统的每小时成本可能比单激光系统高出50-100%,而且缩短构建时间所节省的成本并不像您预期的那么高。为了便于讨论,让我们假设将构建速率加倍可以使金属AM部件的机器成本降低30%。与材料一样,在应用我们的预处理/后处理乘数后,这种节省转化为最终成本与材料成本和机器成本的比例。在这种情况下,按50%的比例分摊,最终成本将减少15%。

  那么,DFAM是如何比较的呢?如果我们像通常那样使用DFAM来减轻结构的重量,那么我们就可以节省重量,从而降低材料成本。这也意味着更少的容量构建,减少了激光曝光和构建时间,同时降低了设备成本,而不增加每小时的设备速率。DFAM还减少了所需的支持材料的数量,从而进一步降低了材料成本、构建时间和机器成本。假设预处理成本在于构建的设置和准备,而不是非重复的工程,那么更少的支持材料,意味着更少的后期处理成本,因为你不用在构建之后浪费那么多时间来移除它们。因此,DFAM还降低了预处理/后处理成本,降低了成本乘数,节省了更多的成本,使DFAM的价值得到了更大的提升。图中的内容说明,使用晶格结构节省40%的重量,与生产速度翻一番或降低粉末原料成本40%相比,节省了大约3至4倍的成本价值。

  更低的粉末价格和更快的制造速度是很棒的,很容易看出为什么DFAM在AM值时是最好的价值乘数。DFAM同时降低了材料成本、制造时间、机器成本和前/后处理成本的百分比,使节省的成本增加了许多倍。更重要的是,DFAM是你可以掌控的东西一你不受粉末供应商或设备制造商的摆布。换句话说,如果你正投资于AM,请确保投资于DFAM(例如,软件、工具、培训),因为它将使AM的价值成倍增加。

  (来源:Modern Machine Shop)

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