面向增材制造的装配设计新方法

"面向增材制造的机械装配" 这篇文章来源于计算设计与工程杂志，探讨了增材制造（AM）技术对机械装配设计的影响和新的设计范式。增材制造，最初主要用于快速原型制造，如今已发展成为一种全面的生产技术，能够制造传统方法难以甚至无法制作的复杂形状。这种技术的进步推动了工程设计从传统制造和装配设计向增材制造设计（DFAM）的转变。 DFAM的研究重点通常是零件设计，涉及拓扑优化和网格化设计。然而，AM还允许创建几乎无需或完全不需要装配操作的完整功能组件，因此需要更全面的DFAM方法来处理产品开发，特别关注装配设计。文章提出了一种自顶向下的装配设计方法，考虑了AM工艺的特性，如建筑导向和后处理能力，旨在减少装配过程中的复杂性和步骤。 该方法强调在设计初期就要考虑到产品的构造导向和下游工艺，以便有效利用AM提供的形状复杂性。通过这种方式，可以设计出以极简主义方式传递功能流（如能量、材料和信号）的组件。文章以机械装配为例，展示了DFAM方法的应用，其中间隙和材料（包括未加工材料和支撑结构）在成功组件设计中扮演了关键角色。 此外，该方法不仅限于单个零件的设计，还可以通过合并零件策略和利用多种AM工艺制造装配体来扩展其应用。这种方法为减小装配难度和提高制造效率提供了新的途径，进一步推动了制造业的创新。 1. 引言 过去三十年，制造业经历了重大变革，AM技术的发展为产品设计带来了革命性的变化。传统的制造和装配流程正逐渐被DFAM所替代，后者允许设计师充分利用AM的优势，创造出更具创新性和效率的设计解决方案。随着AM工艺的多样化和材料范围的扩大，未来的设计和制造将更加灵活，装配设计作为其中的关键环节，其重要性日益凸显。 2. 增材制造与装配设计的新范式 DFAM不仅关注单个零件，还涉及到整个组件和系统的集成。通过自顶向下的设计策略，设计师可以在设计早期就考虑到AM工艺的特定挑战，如支撑结构的去除和精度控制，从而优化装配过程。 3. 无装配机构的敏捷制造 AM技术使得制造过程中可以减少或消除传统装配步骤，提高了生产速度并降低了成本。同时，AM的灵活性允许设计师在组件内部集成多种功能，减少了对外部部件的依赖。 4. 形状复杂性与功能流的优化 利用AM的形状自由度，设计师可以创建复杂的几何结构，以最小的组件数量实现最佳功能流。这减少了组件间的接触和配合，简化了装配步骤，提高了整体系统性能。 5. 组件设计的策略与多工艺应用 文章探讨了通过合并零件和使用多种AM工艺来扩展设计的可能性。这种多工艺方法可以解决单一工艺的局限性，提供更广泛的材料选择和性能特性。 6. 结论 增材制造正在改变装配设计的面貌，通过创新的设计方法，设计师可以创建更高效、更精简的产品。随着AM技术的不断进步，未来的设计将更加注重整体系统的集成和优化，装配设计的挑战与机遇并存。 这篇文章揭示了AM技术在机械装配设计中的潜力，为工程师提供了新的思考角度和设计工具，以适应这个快速发展的制造领域。