Suunnittelu 3D-tulostimelle NX CAD -ohjelmistolla

Abstract

3D-tulostus on jatkuvasti yleistyvä valmistusmenetelmä, jota käytetään useilla eri teollisuuden aloilla. Valmistusmenetelmänä 3D-tulostus poikkeaa merkittävästi perinteisistä materiaalia poistavista menetelmistä, sillä se on pääsääntöisesti materiaalia lisäävä valmistusmenetelmä.

Valmistusmenetelmän erityislaadusta johtuen 3D-tulostamalla valmistettavien kappaleiden suunnittelussa on otettava huomioon hieman eri asioita kuin esimerkiksi lastuavassa työstössä. Mahdollisesti oleellisin huomioitava seikka on se, että kappaleet rakentuvat pääsääntöisesti alhaalta ylöspäin valmiin kappaleen poikkileikkauksen mukaisina kerroksina, jolloin joidenkin muotojen alle on tulostettava tukimateriaalia, jotta tulostaminen on mahdollista.

Monissa tapauksissa 3D-tulostettavien kappaleiden geometriat ovat kuitenkin vapaampia materiaalia poistavaan valmistukseen verrattuna, sillä 3D-tulostamalla voidaan valmistaa esimerkiksi sisäisiä rakenteita ja kevyitä verkkorakenteita, joiden valmistaminen perinteisillä valmistusmenetelmillä on mahdotonta. Monet CAD-ohjelmistojen valmistajat tarjoavatkin nykyään valmiita työkaluja 3D-tulostettaville kappaleille ominaisten rakenteiden suunnitteluun. Uusimpiin Siemens NX -ohjelmistoihin on saatavilla valmiita työkaluja niin 3D-tulostettavien kappaleiden suunnitteluun kuin niiden tulostamiseen.

Siemens NX -ohjelman soveltuvuutta 3D tulostettavien kappaleiden suunnitteluun tutkittiin mallintamalla kolme esimerkkikappaletta. Ensimmäiset kaksi suunniteltiin muodostumaan niin kutsutuista biomimiikka ja Lattice -rakenteista ja kolmas sisäkkäisistä toroid-rakenteista. Tässä opinnäytetyössä ei ollut käytettävissä edellä mainittuja työkaluja, vaan kappaleiden suunnittelua tutkittiin NX10 ja NX11 -ohjelmistojen perustoiminnoilla. NX:n todettiin olevan varsin toimiva ohjelmisto 3D-tulostettavien kappaleiden suunnitteluun myös pelkkiä vakiotoimintoja käyttäen.

Additive manufacturing, which is commonly known as 3D printing, is a constantly growing manufacturing method in several industries. As a way of manufacturing, 3D printing differs significantly from the traditional methods as it is based on adding material rather than removing it.

Due to the differences in the manufacturing process, different aspects need to be taken to account when designing objects that are meant to be 3D printed. One of the key elements is that in most 3D printing processes the object is created layer by layer from the bottom and therefore certain shapes require a support structure to be printed underneath them to enable successful construction of the object.

In many cases, however, the geometries of 3D printed objects are less restricted compared to traditional material removing manufacturing methods, because 3D printing enables the creation of internal geometries within the same object and lightweight lattice structures, to mention a few common examples. Today many CAD software developers, including the latest versions of Siemens NX, offer tools especially designed for designing and manufacturing 3D printed objects.

The applicability of Siemens NX for designing 3D printed objects was studied by modelling three example objects. The objects were designed to include geometries known as biomimicry, lattice structure and toroidal shapes. For this thesis the said tools were not available and thus the example designs were created using the basic tools and commands of Siemens NX10 and NX11. As a result, Siemens NX was found to be quite versatile and well-suited for designing for 3D printers, even without specially designed tools and commands.