Diseño para la fabricación: una guía detallada

"El punto más importante de la estrategia de Diseño para Manufactura (DFM) es que reduce el costo general y aumenta la eficiencia de la producción".

Los dibujos técnicos o de ingeniería son la base para la fabricación de cualquier artículo, independientemente del método de fabricación. El mecanizado CNC, el moldeo por inyección, la fundición a presión y cualquier otro proceso implica dibujar un diseño virtual de la pieza deseada (2D o 3D) y ejecutar la fabricación basada en este modelo. Aquí viene la estrategia de dibujo llamada” Diseño para fabricación.” Este enfoque guía al diseñador en la preparación de un dibujo para que su fabricación reduzca el costo y mantenga la calidad requerida.

Esta publicación de blog cubrirá los principios de diseño para enfoques de fabricación con pautas esenciales para preparar dichos diseños. 

¿Qué es el Diseño para la Fabricación (DFM)? 

Es el proceso de diseñar productos, piezas o componentes para simplificar la etapa de fabricación. Los ingenieros o diseñadores optimizan cada característica y elemento para garantizar que el diseño se alinee con el ciclo de vida de fabricación.

Mientras tanto, el principal objetivo del DFM es aliviar la proceso de fabricación con un diseño altamente compatible y reducir costos.

• DFM optimiza el diseño y los materiales para reducir costos y acelerar la producción.
• Implica un análisis exhaustivo de los procesos de diseño y fabricación.
• Las herramientas informáticas avanzadas permiten simulaciones detalladas de la fabricación.
• Su adopción está creciendo entre los fabricantes por sus beneficios de eficiencia e innovación.

Además, el enfoque de diseño para la capacidad de fabricación puede implementar los cambios en las primeras etapas de la fase de diseño. El software avanzado puede simular la fabricación de diseños en computadoras. Puede dar varias ideas para mejorar el diseño según la capacidad de una tecnología de fabricación particular. 

Por ejemplo;

Si está creando un diseño de eje para fabricarlo con fresado CNC, puede simular el fresado de ese eje en un software de computadora. Le permite cambiar con precisión el diseño en cuanto a calidad, tiempo de ciclo e incluso los parámetros antes de continuar con el proceso de fresado real.

¿Cuáles son los principios de diseño para fabricación?  

Antes de comenzar con el diseño, considerar el método de fabricación adecuado ayuda a decidir varios aspectos del dibujo, desde los niveles de tolerancia hasta las geometrías. Por ejemplo, el diseño de un molde de inyección que se fabricará con electroerosión o CNC puede necesitar algunas consideraciones aparte.

Además, se pueden encontrar varios principios para realizar un diseño fabricable. Sin embargo, sólo discutiremos los cuatro principios fundamentales que cubren la mayoría de las estrategias de GFD. 

1. El proceso de diseño

Diseño CAD de pieza del tren de aterrizaje.

El proceso de diseño en Diseño para Fabricación (DFM) se centra en diseños más sencillos para la fabricación. Los aspectos clave incluyen el Dimensionamiento Correcto para evitar mediciones ambiguas o complejas que compliquen el proceso de producción. La uniformidad en el diseño, como tamaños de orificios estandarizados o diseños simétricos y herramientas simples. A continuación, espesor constante y transición perfecta

Además, el proceso de diseño puede diferir de un método de fabricación a otro. Por ejemplo, el ángulo de salida es fundamental en los diseños de moldeo, pero no en el mecanizado CNC. 

Tomemos un ejemplo del principio del proceso de diseño para un diseño de fabricación CNC;

• Un espesor de pared mínimo de 0.8 mm para metales y 1.5 mm para plásticos para garantizar la integridad estructural y evitar deformaciones.
• La profundidad de un agujero es igual o menor que cuatro veces su diámetro para mayor estabilidad y precisión.
• Consideración del acceso claro a las herramientas en las superficies de mecanizado.
• Un radio en las esquinas internas con al menos un tercio de la profundidad de la cavidad.

2. Selección de material 

La elección del material para la fabricación implica considerar factores como resistencia, durabilidad, peso, estética, costo y cumplimiento de las normas reglamentarias. A continuación, los materiales deben ser compatibles con el proceso de fabricación previsto, ya sea fundición, forja, mecanizado o moldeado.

La selección del material DFM se basa en los siguientes criterios;

• Debe coincidir con las demandas operativas y la vida útil del producto, como dureza, resistencia, conductividad eléctrica y térmica, etc. 
• El costo debería ser relativamente bajo, ya sea eliminando los desechos o utilizando opciones menos costosas y fácilmente disponibles.
• Los materiales seleccionados no comprometen la calidad ni el rendimiento del producto.
• El material simplifica los procesos de fabricación y reduce el tiempo del ciclo de producción.

3. Minimización de tiempo y costos

Las prácticas de diseño para fabricación agilizan varias etapas del ciclo de vida del producto, desde el diseño hasta la producción y el ensamblaje. Lo logran simplificando el diseño, utilizando componentes estándar y optimizando los procesos de ensamblaje. En consecuencia, también se centran en reducir el desperdicio de materiales y el consumo de energía para reducir el costo general.

4. Simulación y pruebas

La simulación por computadora del diseño es un principio nuevo y avanzado. Es especialmente beneficioso para fabricantes de prototipos porque pueden validar sus diseños y anticipar posibles problemas operativos y de fabricación con la simulación.

Las herramientas de simulación como el análisis de elementos finitos (FEA) y la dinámica de fluidos computacional (CFD) pueden mostrar cómo se comportará un producto bajo diversas tensiones físicas, térmicas y mecánicas. Este enfoque proactivo ayuda a identificar debilidades en el diseño, como concentraciones de tensiones, posibles puntos de falla por fatiga y problemas de ensamblaje. Como resultado, los fabricantes pueden realizar modificaciones antes de costosas herramientas y producción. 

Las pautas de diseño para fabricación

Un diseño de fabricación perfecto requiere diferentes consideraciones. Los diseñadores pueden seguir pautas específicas durante todo el proceso para lograrlo.

1. Números de piezas inferiores 

El número total de piezas en el diseño del producto influye en gran medida en el tiempo y el presupuesto general del proyecto. Reducir el número de piezas de un producto minimiza y simplifica el proceso y la complejidad del montaje.

2. Estandarizar componentes 

Cualquiera que sea el producto que esté diseñando, puede buscar componentes estándar. Por ejemplo, utilice rodamientos y sellos estándar si diseña equipos de maquinaria.

3. Diseñar piezas multifuncionales

Las piezas que cumplen múltiples funciones en un diseño agilizan los procesos de producción y ensamblaje. Brinda la flexibilidad de incorporar características adicionales como la autofijación para ayudar en el ensamblaje.

4. Optimice los procesos de fabricación

Elija materiales y procesos que reduzcan los costos de fabricación. Además, puede evitar operaciones de acabado innecesarias y fijar tolerancias y acabados superficiales razonables.

5. Simplifique las instrucciones de montaje

También es necesario considerar el diseño para el montaje. El diseño debe facilitar el montaje en una sola dirección. Verticalmente, se prefiere utilizar la gravedad y simplificar el proceso de montaje.

6. Cumplimiento parcial

Puede incorporar características que permitan cierta variación en el ensamblaje, como chaflanes o radios moderados. Estas características facilitan la inserción y reducen los riesgos de daños.

7. Montaje controlado

El uso de sensores táctiles, sistemas de visión y cumplimiento de diseños en el proceso de ensamblaje mejora la eficiencia y reduce los errores.

8. Minimización de residuos 

Diseñar productos que consideren el desperdicio, especialmente en la fabricación sustractiva. Un menor desperdicio de material contribuye a la reducción de costes.

Reglas generales de diseño para la fabricabilidad

• Asegúrese de que haya una distancia adecuada entre los orificios de las piezas. La distancia entre los dos centros debe ser tres veces el diámetro del agujero.
• Se deben aclarar las especificaciones dimensionales de la base. Puede utilizar dimensiones estandarizadas a partir de una referencia coherente para evitar problemas de apilamiento de tolerancias.
• El peso más ligero posible manteniendo la durabilidad.
• Utilice configuraciones de herramientas estándar y simples en lugar de herramientas personalizadas, a menos que la escala de producción lo exija.
• Incorpore amplias transiciones de curvas como filetes y radios para mejorar la robustez de la pieza.
• Cree estrategias para diseños de piezas para múltiples pasos de fabricación sin necesidad de reorientación.

¿Qué es el diseño para ensamblaje (DFA)?

Se refiere a diseñar el producto considerando los factores de servicio para el ensamblaje como orientación, posicionamiento, inserción y fijación. Al igual que DFM, DFA se centra en reducir la duración y los gastos del montaje. Además, combinar DFM y DFA en el diseño de fabricación optimiza el resultado final.

Promueve;

• Menos componentes separados para reducir los pasos de montaje
• Inserción sencilla
• Orientación sencilla y fácil para el montaje.
• Técnicas de montaje automatizadas en la fase de diseño para una futura integración

DFM vs DFA: ¿Cuáles son las diferencias?

Aunque ambos procesos simplifican la fabricación y se complementan, DFM y DFA difieren. DFM se centra en el proceso de fabricación, mientras que DFA se centra en la fase de montaje. 

Tabla: DFM frente a DFA

Ayudamos a Optimizar su diseño para Manufactura en ProleanTech

Nuestros diseñadores e ingenieros están trabajando en el diseño de piezas y productos para diversas necesidades de fabricación. Trabajan en estrecha colaboración con el equipo de fabricación y los clientes para facilitar la transición perfecta del diseño y la producción. Por lo tanto, podemos ayudarlo a optimizar su diseño para reducir el costo y el tiempo de producción.   

Nuestra fábrica de fabricación tiene Mecanizado CNC, fabricación de chapa y muchas más instalaciones. Nuestro soporte y consulta de diseño pueden reducir el costo de su proyecto manteniendo la calidad y la funcionalidad.

Puedes subir tu diseño y otra información sobre su fabricación. Así, nuestro equipo de diseño puede ver qué podemos hacer antes de pasar a la fase de producción.

Conclusión 

El cumplimiento del diseño con las capacidades de la tecnología de fabricación prevista es la base para un proyecto exitoso. Varias consideraciones de diseño y materiales pueden optimizar el tiempo y el presupuesto de producción. Aquí, diseño para la fabricación o diseño para la fabricabilidad aborda estas consideraciones para obtener resultados de calidad. Guía a los diseñadores a preparar un diseño a prueba de errores con una complejidad mínima y facilidad de fabricación. 

Preguntas

¿Puede el enfoque DFM reducir el costo de fabricación? 

¡Sí! La estrategia DFM puede reducir significativamente los costos de fabricación al optimizar los procesos de fabricación, reducir el desperdicio de materiales y mejorar la eficiencia.

¿Cuál es un ejemplo de diseño para la fabricación? 

Un ejemplo de Diseño para Fabricación (DFM) es el uso de componentes comunes y estandarizados en el diseño de un nuevo producto.

¿Cómo reduce DFM el tiempo del ciclo de producción? 

El diseño para la capacidad de fabricación reduce el tiempo del ciclo al simplificar los diseños y procesos, lo que lleva a menos pasos de fabricación y ensamblajes menos complejos.

¿Por qué es esencial el Diseño para la fabricabilidad?

Contribuye a simplificar el proceso de producción y mejora la calidad del producto. DFM también garantiza que los productos puedan llegar al mercado más rápidamente.