Application Based Design for Additive Manufacturing : Development of a systematic methodolgy for part selection and design for Additive Manufacturing

Autor: Prakash, Shyam Geo
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: Additive manufacturing (AM) is a forthcoming technology which has received much attention during recent decades and is currently on its journey from prototype to small scale production. The final component is made layer upon layer, hence bringing wider opportunities such as design freedom, flexibility, and optimal material usage, etc. Rapid advancements in AM technology in terms of speed, dimensional accuracy, surface finish and repeatability, enable production of functional end use parts in tolerable volume. The research is conducted in cooperation with Atlas Copco Industrial Technique (ACIT) to explore the path towards using AM as a tool for low volume production. Currently, AM technology is widely used for prototyping at ACIT. Therefore, the purpose of the thesis project is to investigate and recommend a design methodology and guidelines for shifting from prototype to small scale production through AM. However, introduction of AM in small scale manufacturing requires its consideration right from the initial stage of product development. Initially, a thorough background study was done to understand the AM technology and its current advancement with respect to technology maturity and market aspects. The background study includes literature review, market study, interviews, visits to AM service providers, AM exhibitions, etc. Market research aided the study to be focused on two technologies i.e. Selective Laser Melting and Binder Jetting. Due to current limitations of AM technology, not all parts are good candidates to exploit the potential in AM. Considering this, questionnaires were prepared based on the literature study which was later used to get the potential part candidates for AM from mechanical designers at Research and Development, Nacka. The proposed part screening methodology categorizes parts by three main driving criteria and further leads to a technical and economical evaluation. Through bottom up approach for part screening, parts with highest potential in AM were identified and redesigned, facilitating AM conformal designs. Moreover, the parts were further utilised to propose design methodology and guidelines that could aid designers in designing parts for AM. The design methodolgy involves four stages including information phase, assessment phase, design phase and detail design phase. The thesis project resulted in selection and redesign of components with potential in AM while adding values through part consolidation, light weight design using topology optimisation and cost reduction, etc. The earlier the consideration of manufacturing technology in thedevelopment phase, the better the final design in terms of manufacturability. With respect to AM, this is a very crucial aspect, as complexity comes with almost no cost. Therefore, a simulation driven design process in which one starts the development with an optimised concept or concept designed for function can be manufactured thus leveraging the benefits of AM.
Additiv tillverkning (AT) är en tillgänglig teknologi som har fått mycket uppmärksamhet under de senaste decennierna och som för närvarande är på väg från prototypappliceringar till småskalig produktion. Den slutgiltiga komponenten är framställd genom att addera lager på lager och medför därmed vida möjligheter såsom designfrihet, flexibilitet och optimal materialanvändning, etc. Med anledning av snabba tekniska framsteg inom AT vad gäller hastighet, dimensionell noggrannhet, ytfinish och repeterbarhet, möjliggörs produktion av funktionella slutprodukter i tolerabla volymer. Forskningen är genomförd i samarbete med Atlas Copco Industriell Teknik (ACIT) med syfte att utforska vägen mot användning av AT som ett verktyg vid låga produktionsvolymer. I nuläget används AT flitigt för att skapa prototyper inom ACIT. Syftet med detta masterprojekt är därför att undersöka och rekommendera en designmetodik samt riktlinjer för att skifta från prototypappliceringar till småskalig produktion med AT. Emellertid kräver en introduktion av AT för småskalig produktion eftertanke redan i de inledande stadierna av produktutvecklingen. Till att börja med utfördes en grundlig bakgrundstudie för att omfatta AT som teknologi och dess nuvarande framsteg med avseende på teknologisk mognad och marknadsaspekter. Bakgrundsstudien innehåller litteraturstudie, marknadsstudie, intervjuer, besök hos tjänsteleverantörer av AT, utställningar med fokus på AT, etc. Marknadsundersökningen understödde ett fokus av studien mot två teknologier, nämligen Selektiv Lasersmältning (Selective Laser Melting) och Bindemedelstrålning (Binder Jetting). Med anledning av dagens begränsningar inom AT är inte alla typer av komponenter passande kandidater för att undersöka potentialen av teknologin. Med detta i beaktande förbereddes frågeformulär, baserade på litteraturstudien, som sedan användes för att med hjälp av mekaniska designers vid R&D i Nacka, identifiera potentiella komponenter att använda för AT. Den föreslagna metodiken för att undersöka komponenter kategoriserar komponenter genom tre drivande kriterier och leder i därefter till en teknisk och ekonomisk utvärdering. Genom en bottom-up approach för undersökande av komponenter, identifieras och omdesignas komponenter med högst potential för AT, vilket främjar en lämplig design för AT. Dessutom användes dessa komponenter för att föreslå en designmetodik samt riktlinjer som kan vara till hjälp för designers vid design av komponenter för AT. Designmetodiken innefattar följande fyra steg: informationsfas, bedömningsfas, designfas och detaljerad designfas. Masterprojektet resulterade i val och omdesign av komponenter med potential för AT samtidigt med värdeaddering genom sammanslagning av komponenter, design med lätt vikt genom optimering av topologi och kostnadsminskning, etc. Ju tidigare beaktande av produktionsmetod i utvecklingsfasen, desto bättre slutdesign med avseende på producerbarhet. Detta är en kritisk aspekt när det kommer till AT, eftersom komplexitet nästintill adderas kostnadslöst. Därför kan en simulationsdriven designprocess, i vilken utvecklingen börjar med ett optimerat koncept eller ett koncept designat för funktion, komma i produktion och maximalt utnyttja fördelarna av AT.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: