Design for manufacturing (DFM): ontwerpen op maakbaarheid

Wat is design for manufacturing?

Design for manufacturing (DFM) is ontwerpen met de productie als uitgangspunt: je geeft elk onderdeel zo vorm dat het met het gekozen proces en in de gewenste aantallen eenvoudig, constant en tegen een logische kostprijs te maken is. Het is geen controle achteraf, het loopt vanaf de eerste schets mee.

Je komt ook de term design for manufacturability tegen, letterlijk ontwerpen voor produceerbaarheid. Dat is hetzelfde, met dezelfde afkorting.

De nadruk ligt op de aantallen. Wat bij tien stuks een slimme keuze is, kan bij tienduizend stuks de duurste zijn, en andersom. Daarom begint DFM met de vraag hoeveel stuks je wilt maken en hoe.

Waarom DFM aan het begin van het traject hoort

De meeste kosten van een product liggen vast voordat er één onderdeel gemaakt is. Volgens Boothroyd Dewhurst, het bedrijf van de grondleggers van DFMA, ligt 80 procent van de productiekosten vast in het ontwerp. Materiaal, aantal onderdelen, productieproces en toleranties kies je op tekening. De fabriek rekent daarna uit wat jij hebt vastgelegd.

Een wijziging wordt duurder naarmate het traject vordert. Op tekening pas je een wanddikte aan in het 3D-model. Is de spuitgietmatrijs al gemaakt, dan kost dezelfde wijziging een extra prototyperonde of een aangepaste matrijs.

DFM is een ontwerpkeuze, geen keuring achteraf. Wie eerst een mooi ontwerp maakt en het daarna maakbaar laat maken, ontwerpt twee keer. Bij Brisk werken ontwerpers en engineers daarom naast elkaar, en is DFM de standaard bij elk product dat het engineering bureau uitwerkt, voor spuitgieten, CNC-frezen of 3D-printen.

DFM, DFA en DFMA: wat is het verschil?

DFM gaat over het maken van de afzonderlijke onderdelen, DFA (design for assembly) over het in elkaar zetten ervan. Samen heten ze DFMA: design for manufacturing and assembly.

De volgorde telt. Boothroyd Dewhurst begint met DFA: eerst bepaal je welke onderdelen weg kunnen, daarna optimaliseer je de onderdelen die overblijven. Een onderdeel goedkoper maken heeft geen zin als het helemaal niet nodig is.

DFM en DFA horen bij een grotere familie: design for X, waarbij de X staat voor de eigenschap waarop je ontwerpt. Bekende varianten van design for X zijn ontwerpen voor testen, onderhoud, kosten, logistiek, milieu en recycling. In een ontwikkeltraject komen ze terug als eisen in het programma van eisen.

Zeven ontwerpregels voor maakbaarheid

Deze zeven regels komen in elke DFM-check terug. De eerste drie gelden voor elk product, de laatste vier vooral voor kunststof onderdelen die gespoten of gefreesd worden.

1. Kies het productieproces bij je aantallen

Spuitgieten is bij grote aantallen de goedkoopste manier om kunststof onderdelen te maken, maar vraagt eerst een investering in een matrijs. Bij kleine aantallen is 3D-printen, vacuümgieten of CNC-frezen vaak logischer. Elk proces heeft zijn eigen ontwerpregels, dus het ontwerp volgt de keuze. Hoe je kiest tussen de twee meest gebruikte routes, lees je in spuitgieten vs CNC frezen.

2. Gebruik zo min mogelijk onderdelen

Elk onderdeel betekent een extra productiestap, een extra montagestap en een extra plek waar iets mis kan gaan. Kijk bij elk onderdeel of het een eigen functie heeft, of dat het samen kan met een ander onderdeel.

3. Koop in wat al bestaat

Niet alles hoeft maatwerk te zijn. Gestandaardiseerde onderdelen, zoals schroeven, inserts, afdichtingen en mechanismen, zijn al ontwikkeld en getest, en hoeven niet opnieuw ontworpen te worden. De kunst is bepalen welke onderdelen maatwerk moeten zijn en welke je slim inkoopt. Bij een custom wijnstopper als relatiegeschenk combineerde Brisk een eigen behuizing met ingekochte functionele onderdelen. Zo bleef de afsluiting betrouwbaar en kon het project sneller.

4. Houd de wanddikte gelijk

Een spuitgietonderdeel koelt gelijkmatig af als de wanden overal ongeveer even dik zijn. Volgens producent Protolabs trekken te dunne wanden krom, en geven te dikke wanden inzinkingen en holtes. In de ontwerprichtlijnen voor spuitgieten van Protolabs staat voor ABS een wanddikte van ongeveer 1,1 tot 3,6 millimeter. Moet een deel sterker, gebruik dan ribben in plaats van een dikkere wand.

5. Geef wanden een lossingshoek

Een lossingshoek is een kleine schuinte op wanden in de richting waarin het onderdeel uit de matrijs komt. Zonder lossing kan het onderdeel vast blijven zitten, krom trekken of beschadigen, en soms de matrijs zelf ook. Protolabs adviseert minstens een halve graad lossing, en 1 tot 2 graden in de meeste gevallen. Een structuur op het oppervlak vraagt meer: 3 graden voor een lichte en 5 graden of meer voor een grove structuur.

6. Rond hoeken af

Vloeibare kunststof stroomt makkelijker door een ronding dan om een scherpe hoek, dus afgeronde hoeken vullen de matrijs beter. Bij een gefreesde matrijs krijgen binnenhoeken bovendien vanzelf de radius van de frees: houd daar in het ontwerp rekening mee.

7. Leg toleranties alleen krap vast waar het moet

Een krappe tolerantie moet de fabriek halen en meten, en dat kost geld. Leg hem daarom alleen vast waar het ertoe doet: bij passingen, aansluitingen en afdichtingen. Bij een kunststof behuizing voor elektronica bepaalt één millimeter of een poort goed uitlijnt en of de behuizing sluit. Op de zichtzijde van een kap is die precisie meestal niet nodig.

Hoe ziet een DFM-check eruit?

Een DFM-check loopt het 3D-model door op de vraag of elk onderdeel met het gekozen proces en in de gewenste aantallen goed te maken en te monteren is. Bij Brisk gaat het onder meer om:

• de positie van de interne componenten en de bevestigingspunten
• wanddiktes, ribben en lossingshoeken
• deelnaden en toleranties
• de assemblage: hoeveel onderdelen en hoeveel stappen
• de materiaalkeuze
• de productiekosten bij het verwachte volume

Waar het nodig is, rekent een simulatie zoals Moldflow vooraf na hoe de kunststof de matrijs vult. En een check is pas af als de producent heeft meegekeken: die weet wat zijn machines en matrijzen aankunnen.

In de drie fases van Brisk loopt maakbaarheid zo mee:

Hoe die fases op elkaar aansluiten, lees je in het artikel over de fasen van productontwikkeling. Waarom een werkend prototype nog niet maakbaar is, staat in prototype naar productie.

Uit de praktijk: DFM in drie projecten van Brisk

Bij een spuitgietbare behuizing voor camerasystemen was de interne techniek leidend. Brisk ontwikkelde er een behuizing omheen en hield vanaf het begin rekening met spuitgieten: wanddiktes, lossingen, ribben, toleranties, deelnaden en bevestigingspunten. De les uit dat project: een kleine keuze in het 3D-model kan grote invloed hebben op matrijs, stukprijs en eindkwaliteit.

Bij een gepatenteerde dweil was het design af en het patent rond, maar ontbrak de technische uitwerking. Brisk nam het ontwerp over, optimaliseerde elk kunststof onderdeel voor spuitgieten met de juiste wanddiktes, lossingshoeken en materialen, en leverde de DFA en de specificatie van kleur, materiaal en afwerking op. Daarna volgden de matrijzen en de productie in China.

Bij een ventilatiemodule voor inbouw waren de aantallen te klein voor spuitgieten. Het ontwerp werd daarom direct geoptimaliseerd voor FDM 3D-printen, daarna geschuurd, nabewerkt en gespoten. Zo kwam er een kleine serie zonder matrijskosten. Ook dat is DFM: ontwerpen voor het proces dat bij de aantallen past.

Heb je een ontwerp dat richting productie moet? Brisk toetst het op maakbaarheid voordat er een matrijs besteld wordt, en houdt ontwerp, engineering en productie bij één aanspreekpunt. Bereken je prijs →

DFM en productie in China

Laat DFM niet aan de fabriek over. Een fabriek kan alleen produceren en offreren wat is vastgelegd. Met een half uitgewerkt prototype krijg je een grove prijs vol aannames, en een leverancier kan niet raden welke toleranties belangrijk zijn of welke vlakken in het zicht komen.

Bij productie in China gaat het zelden mis in de fabriek zelf, wel in de specificaties, de communicatie en de kwaliteitscontrole. Een DFM-check die eindigt in complete productietekeningen haalt die risico's weg voordat je offertes opvraagt. Twijfel je of je zover bent, loop dan de checklist productie China door.

Wil je weten of je product klaar is voor serieproductie? Brisk brengt de maakbaarheid, de kosten en de planning vooraf in beeld, van idee tot levering. Bereken je prijs → of neem contact op als je eerst wilt overleggen.

Veelgestelde vragen over design for manufacturing

Wat is het verschil tussen design for manufacturing en design for manufacturability?

Er is geen verschil. Beide termen betekenen ontwerpen op maakbaarheid en worden allebei afgekort als DFM.

Wat is het verschil tussen DFM en DFA?

DFM gaat over het maken van de afzonderlijke onderdelen, DFA over het monteren van het product. Met DFA verminder je het aantal onderdelen en assemblagestappen; met DFM maak je de onderdelen die overblijven makkelijker en goedkoper te produceren. Samen heten ze DFMA.

Wanneer doe je een DFM-check?

Zo vroeg mogelijk, en in elk geval voordat er een matrijs besteld wordt. De eerste keuzes voor proces en materiaal vallen al in het ontwerp; de laatste check hoort vóór de serieproductie, samen met de producent.

Geldt DFM alleen voor spuitgieten?

Nee. Elk productieproces heeft eigen regels: spuitgieten, CNC-frezen, 3D-printen, plaatwerk. DFM betekent ontwerpen voor het proces dat bij je aantallen past, ook als dat 3D-printen is.

Wat is design for X?

Design for X is de verzamelnaam voor ontwerpen op een bepaalde eigenschap. De X kan staan voor maakbaarheid (DFM), montage (DFA), testen, onderhoud, kosten, logistiek, milieu of recycling.

Wat je nu kunt doen

Schrijf op hoeveel stuks je in het eerste jaar verwacht en hoeveel daarna: dat bepaalt het productieproces en daarmee de ontwerpregels. Leg je 3D-model daarna langs de zeven regels hierboven voordat je offertes opvraagt. Wil je het hele traject bij één partij, kijk dan wat een productontwikkeling bedrijf voor je regelt van idee tot levering.