Mantenere temperature uniformi utilizzando stampi a iniezione raffreddati in modo conforme.
Fin dall'inizio dello stampaggio a iniezione industriale, mantenere una temperatura uniforme sulla superficie dello stampo è stata una sfida costante.
Nella loro ricerca di mantenere temperature uniformi, i produttori hanno usato deflettori, bolle e tubi di calore; hanno laminato blocchi insieme e aggiunto complessi setup di foratura ai loro stampi.
Nell'ultimo decennio o giù di lì, il raffreddamento conforme- la progettazione di canali di raffreddamento che seguono naturalmente i contorni di un pezzo - è stato posizionato come una soluzione per il controllo delle temperature di stampaggio a iniezione. Ma il raffreddamento conforme aggiunge nuovi livelli di complessità di progettazione e produzione al processo di fabbricazione degli stampi, ponendolo al di là dei mezzi della maggior parte delle officine.
Bastech- un fornitore di soluzioni da una sola fonte con sede in Ohio per l'officina, i servizi di produzione additiva e la vendita di attrezzature - ha lottato con i problemi di temperatura, ma crede di aver trovato un modo per introdurre un nuovo livello di semplicità, efficienza ed economia nel raffreddamento conforme.
La svolta di Bastech, documentata in due recenti test di riferimento, si basa sul software CAD/CAM Cimatron e sulla stampante 3D ProX DMP 200. Bastech esegue le simulazioni per i progetti di stampi per il raffreddamento conforme usando il software Moldex3D, e ispeziona gli stampi per la stampa diretta su metallo (DMP) completati usando il software di ispezione e metrologia Geomagic Control X.
Il processo rappresenta una soluzione di produzione end-to-end con una facile integrazione tra il mondo digitale e quello fisico, il tutto grazie ai prodotti Cimatron.
"La combinazione di un potente software progettato per sfruttare tutte le capacità della stampa 3D con stampanti che forniscono una parte metallica completamente densa con superfici lisce e una post-produzione limitata fornisce una metodologia solida come una roccia per costruire stampi di raffreddamento personalizzati", dice Ben Staub, CEO di Bastech.
Il primo benchmark di Bastech ha confrontato due parti molto simili in termini di volume, dimensioni e configurazione del design. Bastech ne ha progettato uno con un nucleo conforme e poi ha stampato il pezzo in 3D; ha progettato l'altro con una configurazione standard di deflettore a spirale e ha prodotto il pezzo in modo convenzionale.
Bastech ha creato il progetto di raffreddamento conforme con il software Cimatron, che copre l'intero ciclo di produzione degli stampi, dal preventivo, alla progettazione, all'applicazione delle modifiche tecniche, alla programmazione NC e EDM. Cimatron include capacità di progettazione e analisi del raffreddamento che supportano sia i canali di raffreddamento forati tradizionalmente che i canali di raffreddamento conformali per la produzione con tecnologie di stampa 3D.
Grazie alla stretta integrazione con Moldex3D, i progettisti di stampi a iniezione che lavorano in Cimatron hanno la possibilità di eseguire l'analisi automatica del riempimento dello stampo per ottimizzare il layout del canale di raffreddamento.
"La combinazione di Cimatron e Moldex offre un software esperto per aiutare gli ingegneri meno esperti a creare progetti di migliore qualità", dice Staub. "Questa è una considerazione importante in quanto la domanda di attrezzisti esperti è molto più grande della diminuzione dell'offerta".
"Progettare per la stampa 3D richiede una comprensione della progettazione del supporto strutturale per realizzare una vera progettazione basata sui requisiti, oltre a ridurre il costo del materiale e il tempo di costruzione", aggiunge Scott Young, responsabile della progettazione di Bastech. "Questo tipo di competenza è costruita all'interno del software Cimatron, che consente ai nostri progettisti di pensare alla progettazione senza preoccuparsi di navigare nel pacchetto CAD per definire complessi canali interni".
Il progetto di Bastech per il primo benchmark era un'elica rastremata posizionata all'interno di un cono distanziatore usato per gli assemblaggi industriali. Ha creato canali di raffreddamento conformi ruotando una configurazione a goccia in modo che un lato fosse parallelo alla superficie esterna dell'anima mantenendo una distanza costante da essa. Facendo scorrere la sezione trasversale lungo un'elica rastremata, Bastech ha progettato una geometria che il ProX DMP 200 poteva costruire in una sola corsa.
La progettazione dello stampo ha richiesto due giorni ed è stata stampata in 3D sulla ProX DMP 200 in tre giorni. Per massimizzare la sua produttività, Bastech ha combinato la stampa 3D dello stampo con le parti necessarie per altri progetti Bastech.
Il ProX DMP 200 è un'alternativa conveniente ai processi di produzione tradizionali, offrendo scarti ridotti, maggiori velocità di produzione, tempi di impostazione brevi, parti in metallo molto dense e la possibilità di produrre assemblaggi complessi come un unico pezzo.
"È uno strumento che migliora le nostre capacità sul lato dello stampaggio", dice Staub. "Ci dà un'attrezzatura con un turnaround più elevato e risolve i problemi di collo di bottiglia nell'officina. Possiamo risparmiare 30-40 ore per stampo eliminando l'elettroerosione e la foratura e riducendo drasticamente il lavoro di CNC e lucidatura".
Per il nucleo dell'elica a flusso inverso, la progettazione e l'analisi nel software Cimatron combinata con la stampa 3D sulla ProX DMP 200 ha fatto risparmiare più di 40 ore di programmazione e di tempo in officina. Quando tutti i costi sono stati presi in considerazione, l'anima stampata in 3D ha prodotto un risparmio netto di 1.765 dollari (18%) rispetto ai metodi convenzionali, secondo Young.
Ancora più importante, lo stampo di raffreddamento conformazionale ha mantenuto una temperatura più bassa durante tutta la corsa e ha ridotto il tempo di ciclo del 22%.
"Il tempo di ciclo è quasi tutto nello stampaggio a iniezione, e la capacità di controllare costantemente la temperatura è al secondo posto", dice Staub.
"Più costantemente possiamo mantenere la temperatura, più costantemente possiamo stampare pezzi di qualità", dice Young. "L'eliminazione della deformazione dovuta alla variazione di temperatura e l'abbassamento del tempo di ciclo rappresentano enormi guadagni in termini di prestazioni".
In un secondo benchmark, Bastech è andata oltre il nucleo conforme per progettare un set completo di nucleo, cavità e stampo a slitta per la stampa 3D. In questo caso, l'obiettivo era di mantenere la stessa temperatura (110F) tra il design convenzionale e quello conforme per vedere come avrebbe influito sul raffreddamento e sui risultati del tempo di ciclo.
Ancora una volta, Bastech ha registrato grandi risparmi di tempo per la programmazione, la lavorazione e la lucidatura, e ha eliminato completamente l'elettroerosione nel progetto di raffreddamento conforme. L'automazione all'interno del software Cimatron ha ridotto il tempo di progettazione da 30 ore a sole sette per lo stampo di raffreddamento conforme. Il risparmio totale sui costi per lo stampo stampato in 3D è stato di 2.505 dollari, un risparmio del 16%.
Il tempo di raffreddamento è stato ridotto da 10,5 secondi per lo stampo convenzionale a 7,5 secondi per lo stampo conforme, e l'importante tempo di ciclo è stato ridotto del 14%.
"Anche se la temperatura è rimasta la stessa sia per il design di raffreddamento convenzionale che per quello conforme, il design conforme ha forzato più liquido attraverso una superficie maggiore, rendendolo più efficiente nel raffreddamento dello stampo", dice Young.
"Il desiderio di tecniche di raffreddamento migliori è rimasto in sospeso per molto, molto tempo", dice Young. "Ora abbiamo il software per aiutare i produttori di stampi a prendere decisioni migliori su come impostare le loro cavità, anime e inserti, e poi portarli in realtà con la stampa 3D diretta del metallo".
"Con il raffreddamento tradizionale per lo stampaggio a iniezione, non esiste una situazione perfetta", dice Staub. "Si possono fare i fori solo in certi posti, e non si possono curvare i fori intorno ai canali come si può fare con il raffreddamento conformale progettato per la stampa 3D. Ora non dobbiamo più accettare compromessi nei progetti di raffreddamento conforme".
Bastech ha acquistato la stampante ProX DMP 200 attraverso una sovvenzione dello stato dell'Ohio e dell'Istituto di ricerca dell'Università di Dayton, quindi parte della sua missione è quella di condividere i risultati con la comunità industriale. Staub spera che gli sforzi di benchmark di Bastech mostreranno alle officine di tutte le dimensioni che esistono soluzioni solide e complete per ottenere un raffreddamento conforme.
"Molti costruttori di utensili dovranno adottare queste tecnologie 3D per migliorare le loro officine", dice. "Vogliamo condividere i nostri successi in modo che altre officine possano vedere che non solo si può fare, ma che può essere fatto in un modo che ha un grande impatto sulla vostra linea di fondo".
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