O processo de fabricação aditiva de metal da 3D Systems e o software de projeto de molde Cimatron permitem ciclos de resfriamento significativamente reduzidos para insertos de molde

Se as mudanças de temperatura durante o ciclo de resfriamento da moldagem por injeção forem grandes, o risco de empenamento das peças aumentará bastante. Os testes de dutos automotivos moldados por injeção projetados e fabricados convencionalmente resultaram em flutuações de temperatura de 132˚C durante todo o teste, levando a B&J Speciality a recomendar a seus clientes o uso de insertos moldados por injeção de resfriamento conformal para obter um resfriamento mais uniforme. .

Para atingir esse objetivo, os engenheiros da B&J Speciality usaram o software Cimatron® da 3D Systems para projetar o molde, e os circuitos internos de água de resfriamento foram projetados para se adaptarem à superfície do componente. Para produzir circuitos internos de água de resfriamento complexos e precisos, eles usaram o equipamento de fabricação aditiva de metal ProX® DMP 300 da 3D Systems para impressão.

A nova inserção do molde de resfriamento conformal reduz a mudança de temperatura durante o processo de resfriamento para 18˚C e reduz o tempo do ciclo de contração do molde de 1 minuto para 40 segundos, aumentando a eficiência geral da produção em 30%.

De acordo com Jarod Rauch, o ProX® DMP 300 pode controlar tolerâncias entre 1/3000 e 1/4000 de polegada

O caminho da água de resfriamento abaixo do ideal resulta em grandes mudanças de temperatura

Os moldes resfriados conformemente usam tecnologia moderna para resolver um problema antigo. Muitas peças moldadas por injeção têm superfícies curvas, mas os furos usados para criar canais de resfriamento só podem ser perfurados em linhas retas. Na maioria dos casos, isto significa que o circuito de refrigeração não pode corresponder às características geométricas do componente. As linhas de resfriamento fabricadas tradicionalmente devem contornar a camada mais externa da peça para evitar interferência com a cavidade do molde, o que significa que as peças mais próximas do centro da peça geralmente ficam mais distantes do caminho de água de resfriamento mais próximo. Isso geralmente resulta em mudanças significativas de temperatura no componente logo no início do processo de resfriamento.

A B&J Speciality redesenhou os dutos automotivos para aumentar a eficiência do resfriamento e apresenta múltiplas superfícies curvas irregulares. Durante o processo original de projeto do molde, linhas de resfriamento foram perfuradas através de um bloco central e do estator, a fim de ajustar a geometria do molde para permitir um certo grau de empenamento. Para tubos de formato irregular, diversas características importantes do tubo não têm nada a ver com o caminho da água de resfriamento porque há restrições em canais retos. As mudanças de temperatura resultantes criam tensões residuais que fazem com que as peças deformem à medida que esfriam.

No passado, os fabricantes de peças muitas vezes abordavam esse problema estendendo o ciclo de resfriamento para garantir que a peça estivesse totalmente curada antes de removê-la do molde e ajustando a inserção para permitir uma certa quantidade de empenamento. O problema com este método é que estender o ciclo de resfriamento reduzirá a eficiência da produção e aumentará os custos de fabricação de peças.

Em comparação com os canais de resfriamento lineares tradicionais, os canais de resfriamento conformados impressos em 3D de metal reduzem as mudanças de temperatura em 86%

Melhore os moldes com canais de resfriamento conformados

De acordo com Jarod Rauch, gerente de tecnologia da informação e impressão 3D da B&J Speciality, os dutos automotivos são um bom exemplo de um projeto de resfriamento conformal aprimorado que pode melhorar a qualidade das peças, reduzir as taxas de refugo e encurtar os ciclos de resfriamento. .

A B&J Speciality propôs esta solução a um cliente, um fornecedor automotivo, que concordou em testar a nova abordagem. Depois de obter o arquivo CAD dos dados geométricos originais, os engenheiros da B&J Speciality iniciaram o trabalho de projeto usando o software de projeto de moldes Cimatron da 3D Systems.

Rauch disse que a B&J Speciality entrou em contato com o software Cimatron enquanto pesquisava a aplicação de resfriamento conformal em impressoras 3D de metal. “Vimos que a 3D Systems forneceu uma solução completa de ponta a ponta, incluindo software de design de moldes, software de preparação de modelagem para impressão 3D e impressora 3D, o que me deixou muito feliz com esta solução”, disse Rauch.

Depois de trabalhar com a Cimatron, os engenheiros da B&J Specialty abandonaram o caminho de água de resfriamento em linha reta original e o substituíram por um caminho de água de resfriamento conformado que mantém uma distância constante da superfície do componente. O uso da tecnologia de impressão 3D de metal para a produção final do molde permitiu aos engenheiros projetar circuitos complexos de água de resfriamento, enquanto a qualidade das seções transversais e das superfícies de interface foi melhorada.

Tais características garantem um fluxo turbulento, aumentando ainda mais a transferência de calor do molde para o refrigerante, tornando o resfriamento mais eficiente. Ser capaz de resfriar o molde com mais eficiência reduz a taxa de defeitos das peças (como empenamentos e marcas de afundamento) e garante a qualidade das peças. Essa abordagem reduz as taxas de correção, tentativa e erro e amostragem, produz peças de maior qualidade e economiza tempo e dinheiro significativos aos fabricantes de moldes e operadores.

Defina expectativas com simulação precisa

Os engenheiros da B&J Speciality então importaram os arquivos de molde do software Cimatron para o Moldex3D (software de simulação de moldagem por injeção) para simulação geral de resfriamento. “O Cimatron é totalmente compatível com o Moldex3D, permitindo-nos simular facilmente todo o processo de moldagem por injeção, mapear as mudanças de temperatura do molde e das peças, identificar pontos quentes e pontos de resfriamento e simular os efeitos de diferentes tempos de resfriamento. ", disse Rauch.

O processo de simulação também apontou algumas áreas-chave para melhoria, e a estratégia de resfriamento para essas áreas-chave pode ser redesenhada antes da produção real. Uma comparação de simulação entre o projeto do molde original e o novo projeto do canal de resfriamento conformado mostra que a distribuição de temperatura das novas peças foi bastante melhorada, com a mudança de temperatura reduzida em 86%.

O Cimatron é totalmente compatível com Moldex3D, permitindo-nos simular facilmente o processo de moldagem por injeção para avaliar o projeto digitalmente.

Inserções de molde impressas em 3D com canais de resfriamento conformados

Os engenheiros da B&J Speciality usaram então o software de fabricação aditiva de metal 3DXpert™ da 3D Systems para projetar as inserções do molde em preparação para a produção. Eles importaram os dados da peça, otimizaram os dados de recursos geométricos, calcularam caminhos de digitalização, definiram a plataforma de construção de impressão 3D e enviaram os dados diretamente do software 3DXpert para a impressora 3D de metal ProX DMP 300 da 3D Systems.

O ProX DMP 300 usa um cabeçote de laser de alta precisão usando material 3D Systems LaserForm®. Para moldes de tubos automotivos, a B&J Speciality usa aço maraging.

A B&J Speciality usa canais de água de resfriamento conformados para aumentar a eficiência da produção em 30% com impressão direta em metal 3D

“O ProX DMP 300 é ótimo para criar canais de resfriamento conformais porque é muito preciso”, disse Rauch. “Podemos permitir tolerâncias de uma parte em três mil a uma parte em quatro mil.” A tecnologia patenteada Direct Metal Printing (DMP) da 3D Systems nos permite criar os detalhes mais finos e as paredes mais finas usando partículas menores de material espesso. A rugosidade superficial final das peças pode ser de 5μm (200Ra micropolegadas) sem muito pós-processamento.

A eficiência da produção é muito melhorada

Depois que a impressão foi concluída, a B&J Speciality usou um scanner 3D de luz azul para escanear a inserção no software de inspeção e metrologia Geomagic® Control X™ da 3D Systems, sobrepor a grade na geometria projetada e verificar a inserção do molde de metal impresso em 3D. As pastilhas são então enviadas ao fornecedor automotivo, que as instala na máquina de moldagem.

Rauch disse: "Os resultados dos testes Bechmark mostram que o caminho da água conformada torna o processo de resfriamento mais equilibrado, encurtando assim o tempo do ciclo de resfriamento, aumentando a eficiência da produção em 30%. Como o resfriamento conformado encurta o tempo do ciclo de resfriamento, ele reduz a pressão de injeção, resultando A vida útil do molde é bastante melhorada, o que, por sua vez, reduz o desgaste na linha de partição e reduz os detalhes intrincados do molde.”