A mai, felgyorsult világban minden olyan technológia előtérbe kerül, amely rugalmasságot, innovációt és költséghatékonyságot kínál a vállalatoknak. A 3D nyomtatás rohamos fejlődésével olyan régóta ismert módszerek, mint a generatív design vagy a topológiai optimalizálás új megvilágításba kerülnek, és egymással összekapcsolódva tovább tágítják az innováció határait.
A 3D nyomtatás egyik legnagyobb előnye, hogy nincs szükség szerszámokra, így az alkatrészek komplexitását gyakorlatilag csak a tervező fantáziája korlátozza. Sokan még mindig úgy vélik, hogy a 3D nyomtatás drágább, mint a fröccsöntés vagy a CNC megmunkálás – és bizonyos esetekben ez igaz is. A hagyományos gyártásra optimalizált alkatrészeket valóban ritkán éri meg 3D nyomtatni.
Éppen ezért az additív gyártásnál már a tervezés legelső lépéseitől figyelembe kell venni a technológia sajátosságait. Lehetőség nyílik több különálló alkatrész integrálására egy komplex elembe, bonyolult, integrált hűtő- vagy fűtőcsatornák kialakítására, szuperötvözetek nyomtatására, illetve rácsos (lattice) struktúrák alkalmazására a további súlycsökkentés érdekében.
A módszer lényege, hogy adott terhelések és kényszerek mellett bizonyos paramétereket optimalizáljunk – például a minimális tömeg elérését, a maximális merevséget vagy az egyenletes feszültségeloszlást. Az eredmény egy optimalizált, összetett, sokszor természetesnek ható forma, amely tökéletesen illeszkedik az additív gyártáshoz. Nem ritka, hogy az alkatrész tömege akár 40%-kal kedvezőbb, mint a kiinduló design esetében.
A generatív design hasonló módszer, mint a topológia optimalizálás, de a végeredmény egy több variációból álló design-tér. Minden modell megfelel a bemenő peremfeltételeknek, és a mérnök ezek közül választja ki a végleges formát a tömeg, a költség és a gyártástechnológia szempontjai alapján. A módszer különösen hasznos, ha nincs rendelkezésre álló kiinduló geometria, és rövid idő alatt kell komplex alkatrészeket felépíteni a nulláról. Additív gyártással kombinálva egyre nagyobb szerepet kap az aerospace, motorsport és autóipari alkalmazásokban.
A lattice, vagy rácsos szerkezetek ismétlődő geometriai mintázatok egy térfogaton belül, amelyekkel az alkatrész súlya jelentősen csökkenthető anélkül, hogy a merevség vagy szilárdság kompromittálódna. Ezzel a technikával lokálisan könnyíthetők a kritikus területek, optimalizálható a teljes szerkezet teherbírása, és új lehetőségek nyílnak komplex, könnyű, mégis erős alkatrészek gyártására. Az additív gyártás különösen alkalmas a lattice struktúrák kialakítására, hiszen hagyományos módszerekkel sokszor kivitelezhetetlenek.
Cégünknél bevált gyakorlat, hogy a szénszálas alkatrészek gyártásához 3D nyomtatott ősmintákat vagy szerszámokat alkalmazunk. Ez a megoldás nemcsak jelentős költségmegtakarítást tesz lehetővé, hanem a gyártási időt is nagymértékben lerövidíti. A módszer bevezetésének célja az volt, hogy egyedi darabokat és kis szériás gyártást is elérhető áron tudjunk biztosítani, kompromisszumok nélkül.
A kompozit elemek kötése gyakran komoly kihívást jelent, és ezek a kapcsolódási pontok a termék élettartama során potenciális gyenge ponttá válhatnak. Emiatt elengedhetetlen a fémek és kompozit anyagok kombinálása. Mindig is nehéz szívvel láttuk, amikor egy rendkívül könnyű szénszálas alkatrészhez nehéz, CNC-megmunkált alumínium elemeket kellett illeszteni — ezért hiszünk a könnyített, 3D nyomtatással készült komplex fém alkatrészek és kompozit szerkezetek ötvözésében.