La importancia del diseño para la fabricación

¿Por qué es importante el diseño para la fabricación?

Reducción de costes: Alrededor del 70 % de los costes de fabricación de un producto pueden derivarse de las decisiones de diseño, como los materiales y el método de fabricación. El 30 % restante de los costes corresponde a decisiones de producción, como la planificación de procesos y la selección de herramientas. Centrarse en la optimización del diseño reduce el coste de fabricación.

Escalado optimizado de la producción: La dificultad del desarrollo de hardware radica en pasar del prototipo a la producción. Considerar el DFM desde el principio del ciclo de desarrollo del producto reduce el trabajo de rediseño, mejora la calidad del producto y acelera el plazo de comercialización.

Principios básicos del diseño eficaz para la fabricación

Estandarización: La estandarización recorta los costes porque reduce el inventario y las necesidades de escalado. A continuación se muestran algunas formas de favorecer la estandarización de las piezas:

• Diseñe piezas que puedan reutilizarse dentro de un producto o compartirse entre líneas de productos.
• Estandarice el hardware de sus productos para reducir las necesidades de inventario.
• Cree diseños modulares para simplificar los cambios o rediseños de los productos.
• Siempre que pueda, utilice componentes estándar en lugar de personalizados.‍

Simplicidad del diseño: Simplificar el diseño reduce el tiempo y el inventario necesarios para fabricar el producto, con el consiguiente ahorro de costes. Para simplificar el producto:

• Minimice los pasos de montaje y el inventario fabricando piezas multifuncionales.
• Utilice alineaciones prediseñadas o métodos de fijación rápida como los ajustes a presión. Las técnicas de fijación, como el atornillado o el encolado, tardan más en fijarse y requieren más inventario.
• Pruebe rápidamente los diseños mejorados con prototipos impresos en 3D.
  

Alineación y conformidad: Los errores de alineación pueden dañar las piezas o los equipos y reducir el rendimiento o incluso provocar la parada de la línea. Afine sus diseños teniendo en cuenta la inclinación, la desalineación y la acumulación de tolerancias realizando cualquiera de las siguientes acciones:

• Resuelva los problemas de montaje analizando cómo se acumularán las tolerancias en el montaje.
• Diseñe morfologías integradas en las piezas para facilitar la alineación durante el montaje.
• Añada conicidades o chaflanes para guiar los componentes durante los pasos de inserción del ensamblaje.
  

Reducción del tiempo de preparación: Acorte el tiempo de preparación reduciendo el número de operaciones necesarias por pieza o simplificando los pasos de montaje con accesorios impresos en 3D y mejoras en el flujo de trabajo.

• Reduzca el número de preparaciones o rotaciones necesarias por pieza o conjunto.
• Imprima en 3D portapiezas a medida para reducir el tiempo de preparación y ayudar a los operarios en las tareas de alineación, inspección y montaje.
• Evalúe en qué puntos podría mejorar su línea con herramientas o estaciones de trabajo.

Por dónde empezar con el diseño para la fabricación

Comunicación: La iteración en el diseño de productos es bidireccional. Trabaje con el personal de la fábrica para repetir y mejorar el diseño, porque normalmente han experimentado muchos de los problemas de producción de primera mano.

Proceso: ¿Qué método de fabricación sería más rentable para la producción? ¿Adición, sustracción o conformado? Las piezas deben optimizarse para el proceso de fabricación, e incluso se puede aprovechar para simplificar aún más el diseño. Analizar el proceso con el que se fabrica cada pieza puede conducir a preparaciones y operaciones más sencillas para reducir su coste.

Los materiales: La elección del material puede influir en el coste, la calidad de la pieza y el método de fabricación. ¿Qué propiedades requiere la pieza? ¿Cuántos ciclos debe durar? ¿Hay requisitos en cuanto al peso? ‍

Infraestructura: ¿Cómo está configurada la línea de producción y cómo se realiza el mantenimiento? Del mismo modo que optimizaría el diseño de una pieza para el proceso de fabricación, puede optimizar el flujo de trabajo de su planta de producción.

¿Qué papel juega la impresión 3D en el diseño para la fabricación?

El valor clave de la fabricación aditiva tal y como se utiliza en DFM reside en las rápidas iteraciones y mejoras. Aumenta la productividad reduciendo el tiempo y el coste de fabricación de cada pieza, ya sea un prototipo, una herramienta o una pieza final. ‍

Prototipos: Con la impresión 3D se pueden realizar iteraciones rápidas, lo que permite probar muchos diseños diferentes en las etapas iniciales. Puede realizar ciclos de diseño tanto de las piezas como de sus accesorios de fabricación y montaje para perfeccionar el proceso y hacerlo más económico, rápido y productivo.

Herramientas: Imprimir en 3D las herramientas reduce el tiempo de puesta en marcha de la producción, ya que elimina las limitaciones de tiempo para la fabricación de herramientas y simplifica la producción de herramientas conformadas o ergonómicas que se adaptan a los contornos de la pieza de trabajo. Al igual que con la creación de prototipos, puede iterar rápidamente varias versiones de una herramienta para perfeccionarla antes de implementarla en la línea.

Piezas de uso final: La impresión 3D es una opción viable para algunas aplicaciones de uso final, a menudo debido a requisitos de diseño específicos que hacen que otros métodos de fabricación resulten prohibitivos desde el punto de vista económico. Viene con su propio conjunto de directrices de diseño, que pueden variar en función del tipo de impresora utilizada. ‍

Oportunidades para implementar la fabricación aditiva: ‍

Busque oportunidades tanto en el producto como en la línea de producción para reducir los largos plazos de entrega y los elevados costes de fabricación. Determine qué piezas o subconjuntos se beneficiarían de la impresión 3D calculando la rentabilidad (ROI). Cargue sus piezas en el software Eiger de Markforged para conocer el coste del material y el tiempo de impresión. ‍

Para cada pieza, siempre hay un punto de inflexión en el que otros métodos de fabricación resultan más rentables. Compare los valores del coste por cantidad y el tiempo por cantidad para ver en qué punto de la curva se encuentran las piezas en cuestión.

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