Thiết kế cho sản xuất (DFM) là gì?

Nhiều công ty mất thời gian và tiền bạc mỗi năm vì thiết kế sản phẩm của họ khó sản xuất. Một bộ phận có thể trông hoàn hảo trong giai đoạn thiết kế, nhưng khi bắt đầu sản xuất, các vấn đề bắt đầu xuất hiện.

Sử dụng DFM giúp các nhóm kiểm soát toàn bộ dự án tốt hơn. Nó cũng giúp quá trình phát triển diễn ra suôn sẻ và dễ dự đoán hơn. 
 

Thiết kế cho Sản xuất (DFM) nghĩa là thiết kế các sản phẩm dễ sản xuất và tiết kiệm chi phí. Mục tiêu là giảm chi phí, tăng tốc sản xuất và tránh các vấn đề phát sinh sau này. DFM xem xét từng chi tiết của thiết kế và kiểm tra xem nó có phù hợp với các công cụ, máy móc và vật liệu được sử dụng trong nhà máy hay không.

Ví dụ, một chi tiết có quá nhiều góc sắc có thể mất nhiều thời gian cắt hơn, hoặc một thiết kế có dung sai chặt chẽ có thể cần gia công đặc biệt. DFM phát hiện sớm những vấn đề này và giúp các kỹ sư thay đổi thiết kế trước khi bắt đầu sản xuất.

DFM không phải là một bước riêng biệt. Nó là một phần của giai đoạn thiết kế. Các kỹ sư, nhà thiết kế và nhà sản xuất cùng nhau hợp tác để đảm bảo mọi lựa chọn trong thiết kế đều hỗ trợ sản xuất nhanh hơn và rẻ hơn.
 

 

Sản phẩm được đưa nhanh chóng từ ý tưởng đến thị trường. Các công ty cần hành động nhanh chóng và cắt giảm lãng phí. DFM hỗ trợ điều này.

Khi các nhóm bỏ qua DFM, các vấn đề sẽ xuất hiện trong quá trình sản xuất. Những vấn đề này có thể bao gồm thời gian hoàn thành kéo dài, tỷ lệ phế liệu cao hơn và việc sửa chữa tốn kém. Việc sửa chữa thiết kế sau khi gia công xong tốn kém cả thời gian và tiền bạc.

Với DFM, thiết kế tương thích với những gì máy móc có thể làm. Kết quả là sản xuất trơn tru hơn, ít chậm trễ hơn và sử dụng vật liệu hiệu quả hơn. Điều này có thể tạo ra sự khác biệt giữa lợi nhuận và thua lỗ cho các công ty khởi nghiệp và nhà sản xuất nhỏ.

DFM cũng góp phần nâng cao chất lượng. Một linh kiện dễ sản xuất sẽ có nhiều khả năng đáp ứng thông số kỹ thuật hơn. Điều đó đồng nghĩa với việc ít bị trả lại, ít khiếu nại hơn và thương hiệu mạnh hơn.

 

Thiết kế cho Sản xuất (DFM) giúp biến những ý tưởng tuyệt vời thành sản phẩm thực tế dễ chế tạo. Dưới đây là 5 nguyên tắc chính giúp dự án đi đúng hướng:
 

Chọn quy trình sản xuất phù hợp cho thiết kế của bạn. Mọi quy trình đều có giới hạn. Ví dụ, gia công CNC hoạt động tốt với dung sai chặt chẽ, nhưng ép phun thì không. Các chi tiết kim loại tấm cần đủ không gian để uốn cong và cắt nổi.

Trước khi hoàn thiện thiết kế, hãy suy nghĩ về cách sản xuất chi tiết. Kiểm tra xem quy trình có thể đáp ứng được hình dạng, kích thước và chi tiết mong muốn của bạn hay không. Nếu thiết kế mà không cân nhắc điều này, bạn có thể sẽ nhận được một chi tiết quá phức tạp hoặc quá tốn kém để sản xuất.
 

Giữ thiết kế đơn giản và thiết thực. Ít chi tiết hơn thường đồng nghĩa với ít vấn đề hơn. Hãy sử dụng các hình dạng dễ cắt, uốn hoặc đúc . Tránh các chi tiết nhỏ khó tiếp cận hoặc lắp ráp .

Chỉ nên sử dụng dung sai chặt chẽ khi thực sự cần thiết. Duy trì dung sai ±0,01 mm tốn nhiều thời gian và tiền bạc hơn ±0,1 mm. Ngoài ra, hãy cân nhắc cách sản phẩm sẽ được lắp ráp. Nếu cần dụng cụ chuyên dụng hoặc đôi tay nhỏ bé để lắp vít, thiết kế cần phải thay đổi.
 

Chọn vật liệu phù hợp với cả mục đích sử dụng và phương pháp sản xuất của sản phẩm. Một số vật liệu dễ gia công hơn những vật liệu khác. Ví dụ, nhôm dễ gia công và gia công nhanh hơn thép không gỉ.

Nhựa nhiệt dẻo rất tốt cho việc đúc khuôn, nhưng một số loại có thể bị uốn cong hoặc co lại sau khi nguội. Vật liệu giá rẻ có vẻ là một lựa chọn tốt, nhưng chúng có thể làm tăng tổng chi phí nếu khó cắt, uốn cong hoặc hàn . Hãy luôn cân bằng giá cả với khả năng sản xuất dễ dàng.
 

Hãy cân nhắc vị trí và cách sử dụng sản phẩm. Nếu sử dụng ngoài trời, sản phẩm cần chịu được mưa, nắng và lạnh. Điều này có thể có nghĩa là sử dụng thép không gỉ hoặc nhựa chống tia UV.

Đối với các sản phẩm có linh kiện điện tử, hãy thiết kế để kiểm soát nhiệt. Thêm lỗ thông hơi hoặc sử dụng vật liệu giúp tản nhiệt. Một linh kiện hoạt động hoàn hảo trong phòng thí nghiệm sạch sẽ có thể hỏng trong nhà máy bụi bặm hoặc nhà kho nóng bức. Hãy kiểm tra thiết kế của bạn trong điều kiện thực tế mà nó sẽ phải đối mặt.
 

Lên kế hoạch thử nghiệm và chứng nhận sớm. Nếu sản phẩm cần đáp ứng các tiêu chuẩn UL, CE hoặc ISO, hãy đảm bảo thiết kế hỗ trợ điều đó ngay từ đầu.

Hãy bắt đầu với một nguyên mẫu. Kiểm tra sớm giúp phát hiện vấn đề trước khi sản xuất hàng loạt. Nếu sản phẩm của bạn không vượt qua được bài kiểm tra vào giai đoạn cuối của dự án, điều đó có thể dẫn đến việc phải thiết kế lại và trì hoãn đáng kể. Ngoài ra, hãy luôn ghi nhớ vấn đề an toàn. Một thiết kế trông tuyệt vời nhưng không đáp ứng các quy tắc an toàn sẽ vô dụng.
 

Thiết kế cho Sản xuất (DFM) không phải là một quyết định một lần. Nó là một quy trình song song với quá trình phát triển sản phẩm. Mỗi bước đều giúp phát hiện sớm vấn đề và đảm bảo sản phẩm được sản xuất dễ dàng hơn và tiết kiệm chi phí hơn.
 

Bước đầu tiên là kiểm tra thiết kế ban đầu. Nhóm sẽ xem xét từng bộ phận để xem liệu việc sản xuất có khó khăn hoặc tốn kém hay không. Điều này bao gồm các chi tiết nhỏ, độ khít chặt hoặc hình dạng phức tạp.

Mỗi tính năng đều được xem xét từ góc nhìn của nhà máy. Chi tiết có thể được cắt, uốn hoặc hàn mà không gặp vấn đề gì không? Có cần máy móc chuyên dụng hoặc công cụ tùy chỉnh không? Nếu có bất kỳ vấn đề nào nổi bật, nhóm sẽ ngay lập tức đánh dấu.
 

Sau khi xem xét thiết kế, nhóm sẽ lựa chọn vật liệu và phương pháp sản xuất phù hợp. Quyết định này phụ thuộc vào độ bền cần thiết của chi tiết, số lượng sản xuất, chi phí dự kiến ​​và cách sử dụng.

Ví dụ, nhôm thường được sử dụng vì nó nhẹ và dễ cắt. Dập có thể được lựa chọn cho các lô hàng lớn, trong khi gia công có thể phù hợp hơn cho các lô hàng nhỏ hơn hoặc hình dạng phức tạp.
 

Khi nhóm đã có thiết kế và vật liệu, họ sẽ chế tạo một bộ phận mẫu. Đây là cơ hội đầu tiên để xem nó hoạt động như thế nào trong thực tế.

Nhóm kiểm tra xem sản phẩm có khớp với các bộ phận khác không, có dễ lắp ráp không và sản phẩm có đủ chắc chắn và hoạt động tốt không.

Các thử nghiệm cũng cho thấy chi tiết chịu được nhiệt độ, áp suất hoặc chuyển động như thế nào. Mọi vấn đề đều được khắc phục ngay bây giờ—trước khi bắt đầu sản xuất hàng loạt.
 

Các phương pháp sản xuất khác nhau cần có cách tiếp cận thiết kế khác nhau. Dưới đây là ba phương pháp chính cần biết:
 

DFA giúp việc lắp ráp các bộ phận dễ dàng và nhanh chóng hơn. Nó tập trung vào việc cắt giảm số lượng bộ phận và các bước trong quy trình lắp ráp. Ít bộ phận hơn đồng nghĩa với việc ít khả năng xảy ra sai sót hơn và chi phí nhân công thấp hơn.

Các nhà thiết kế kết hợp các bộ phận khi có thể. Họ có thể sử dụng chốt bấm hoặc vít tiêu chuẩn thay vì ốc vít tùy chỉnh. Họ thích các bộ phận chỉ có thể lắp ghép theo một chiều. Điều này giúp giảm thiểu lỗi lắp ráp và tăng tốc quá trình.
 

Khi sử dụng gia công CNC hoặc các quy trình cắt khác, thiết kế phải phù hợp với giới hạn của dụng cụ cắt. Các góc bên trong sắc nhọn rất khó cắt. Các lỗ sâu có thể cần mũi khoan chuyên dụng hoặc mất nhiều thời gian hơn.

Các nhà thiết kế nên tránh sử dụng thành mỏng, đường cong bên trong hẹp hoặc ren nhỏ trừ khi cần thiết. Kích thước lỗ tiêu chuẩn và các loại ren thông dụng giúp tăng tốc độ và giảm thiểu việc thay đổi dụng cụ.
 

DFAM được sử dụng khi các bộ phận được chế tạo bằng công nghệ in 3D hoặc các quy trình dựa trên lớp khác. DFAM cho phép tạo ra các hình dạng phức tạp hơn, nhưng vẫn có các quy tắc nhất định.

Các nhà thiết kế phải cân nhắc phần nhô ra, cấu trúc đỡ và cách chi tiết sẽ nằm trên bệ in. Thiết kế tốt sẽ giảm thiểu nhu cầu đỡ, giúp tiết kiệm thời gian xử lý hậu kỳ. Các vùng rỗng hoặc họa tiết dạng lưới có thể giảm lượng vật liệu sử dụng và làm cho chi tiết nhẹ hơn.
 

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc một bộ phận dễ hay khó chế tạo. Mỗi yếu tố dưới đây quyết định quá trình sản xuất sẽ diễn ra suôn sẻ hay tốn kém.
 

Loại vật liệu ảnh hưởng đến quá trình gia công, uốn, hàn, v.v. Vật liệu mềm như nhôm dễ cắt hơn, trong khi kim loại cứng hơn mất nhiều thời gian hơn và làm mòn dụng cụ nhanh hơn.

Một số vật liệu cần lớp phủ hoặc xử lý đặc biệt. Một số khác có thể quá giòn hoặc quá mềm dẻo so với mục đích sử dụng của chi tiết. Việc lựa chọn vật liệu phù hợp sẽ cân bằng giữa chức năng, chi phí và tính dễ chế tạo.
 

Mỗi quy trình đều có điểm mạnh và hạn chế riêng. Cắt laser rất tốt cho các chi tiết sắc nét, gia công CNC hiệu quả cho các chi tiết có dung sai chặt chẽ, và dập nhanh cho các lô hàng lớn nhưng cần có dụng cụ.

Nếu thiết kế không phù hợp với quy trình đã chọn, chi phí sẽ tăng và xảy ra chậm trễ. Một DFM tốt sẽ đảm bảo quy trình và thiết kế khớp nhau ngay từ đầu.
 

Thiết kế đơn giản dễ thực hiện hơn. Hình dạng phức tạp, khoang sâu và góc hẹp làm tăng thời gian và chi phí.

Độ phức tạp càng cao đồng nghĩa với việc cần nhiều thiết lập và công cụ hơn, đồng thời nguy cơ xảy ra lỗi cũng cao hơn. Nếu một tính năng không hỗ trợ hoạt động, cần loại bỏ hoặc đơn giản hóa nó.
 

Dung sai chặt chẽ làm tăng thời gian gia công và các bước kiểm tra. Một số bộ phận cần độ chính xác cao, nhưng không phải tất cả đều như vậy.

Chỉ áp dụng dung sai chặt chẽ ở những điểm cần thiết sẽ giúp tiết kiệm thời gian và chi phí. DFM kiểm tra mọi tính năng để xác định mức độ chính xác cần thiết.
 

Các bộ phận phải dễ lắp ráp với nhau. Nếu cần lực hoặc căn chỉnh chính xác, chúng sẽ làm chậm quá trình lắp ráp.

Các nhà thiết kế có thể thêm vát mép, đường dẫn hướng hoặc tính đối xứng để giúp công nhân căn chỉnh mọi thứ nhanh hơn. Việc sử dụng ít ốc vít và phần cứng tiêu chuẩn cũng giúp ích.
 

Bề mặt nhẵn hoặc đánh bóng mất nhiều thời gian hơn. Sơn, phủ hoặc phủ lớp phủ sẽ làm tăng chi phí.

Nếu hình thức quan trọng, hãy lên kế hoạch xử lý bề mặt sớm. Bề mặt thô ráp hơn có thể đủ nếu chi tiết được giấu bên trong sản phẩm.
 

DFM không chỉ giúp tiết kiệm chi phí. Nó còn giúp tạo ra những sản phẩm tốt hơn, nhanh hơn và ít vấn đề hơn. Dưới đây là những lợi ích mà các công ty đạt được khi sử dụng DFM ngay từ giai đoạn đầu phát triển.
 

DFM giúp loại bỏ các chi tiết phức tạp hoặc đắt tiền trước khi bắt đầu sản xuất. Hình dạng đơn giản, ít chi tiết hơn và kích thước tiêu chuẩn giúp gia công nhanh hơn và lắp ráp dễ dàng hơn.

Nó cũng giúp giảm nhu cầu sử dụng các công cụ tùy chỉnh hoặc nhân công. Theo thời gian, ngay cả những khoản tiết kiệm nhỏ cho mỗi bộ phận cũng có thể tăng lên, đặc biệt là khi sản xuất hàng nghìn sản phẩm.
 

Sẽ ít chậm trễ hơn khi thiết kế phù hợp với quy trình sản xuất ngay từ đầu. Các vấn đề như thay đổi công cụ, làm lại hoặc thiết kế lại được tránh khỏi.

Điều này giúp tăng tốc quá trình tạo mẫu và giảm thời gian hoàn thiện sản phẩm. Sản phẩm được đưa ra thị trường nhanh hơn, một lợi thế đáng kể trong các ngành công nghiệp phát triển nhanh.
 

Thiết kế được tạo ra bằng DFM dễ dàng hơn với độ chính xác cao. Điều này đồng nghĩa với việc ít lỗi hơn, tính nhất quán tốt hơn và hiệu suất mạnh mẽ hơn.

Bằng cách sử dụng dung sai, vật liệu và độ hoàn thiện chính xác, các nhóm có thể tránh được các điểm yếu hoặc các bộ phận bị mòn quá nhanh. Kết quả là một sản phẩm đáng tin cậy hơn.
 

DFM cũng cải thiện sự hợp tác giữa các nhóm với nhà cung cấp. Khi các kỹ sư và nhà sản xuất chia sẻ phản hồi sớm, thiết kế sẽ được cải thiện trước khi bắt đầu sản xuất.

Nhà cung cấp có thể đưa ra ý tưởng để đơn giản hóa sản xuất hoặc giảm chi phí. Kiểu làm việc nhóm này xây dựng niềm tin và giúp dự án diễn ra suôn sẻ hơn.
 

Thiết kế cho Sản xuất (DFM) giúp các nhóm tạo ra các sản phẩm dễ dàng hơn, nhanh hơn và rẻ hơn. Nó bắt đầu ngay từ giai đoạn thiết kế và xem xét cách thức sản xuất từng bộ phận. DFM kiểm tra lựa chọn vật liệu, giới hạn quy trình, hình dạng bộ phận và khả năng lắp ráp dễ dàng. Nó loại bỏ các vấn đề trước khi bắt đầu sản xuất.

Bài viết liên quan: