Aditivní výroba, zejména proces Laser Powder Bed Fusion (LPBF), otevírá díky velké svobodě designu nové cesty ve výrobě nástrojů. Fraunhofer IWU využívá tento potenciál ve dvou výzkumných projektech, „AdTopoTool“ a „EWAM“. Cílem je urychleně vyvinout a vyrábět efektivnější nástroje pro teplé tváření plechů a vstřikování. Z toho také profituje kvalita komponentů, které lze s takovými nástroji vyrábět v kratším čase.
AdTopoTool: efektivní rozložení materiálu v nástroji snižuje hmotnost o přibližně 30 procent.
V mnoha výrobních podnicích se i dnes stále používají konvenční výrobní procesy a designy založené na zkušenostech. To obvykle souvisí s geometrickými omezeními a velmi vysokou hmotností nástrojů.
V důsledku toho často trpí výrobní časy a kvalita komponentů nedostatečným řízením teploty. V rámci výzkumného projektu AdTopoTool prokázali projektoví partneři Fraunhofer IWU, Werkzeugbau Winkelmühle GmbH a H+E Produktentwicklung GmbH, že aditivně vyrobené nástroje s topologicky a chladicími kanály optimalizovanými geometriemi nabízejí značnou přidanou hodnotu – navzdory vysokým požadavkům na termomechanickou odolnost a řízení teploty nástroje. Topologická optimalizace znamená, že díky inteligentnímu rozložení materiálu nebo pomocí vylepšeného geometrického návrhu chladicích kanálů je nástroj navržen tak, aby měl minimální hmotnost a maximální tuhost.
Na příkladu výrobních procesů vstřikování a lisování bylo vyvinuto numerické metoda, která spolehlivě předpovídá zatížení a strukturování vysoce zatěžovaných nástrojů. Tato metoda byla použita pro topologickou optimalizaci a návrh chladicích kanálů pro demonstrační nástroj pro vstřikování a pro lisování.
Výzkumníci také validovali optimalizované a aditivně vyrobené geometrie nástrojů v laboratorních podmínkách. Výsledek: Snížení hmotnosti vstřikovacího nástroje o cca 34 procent a segmentu nástroje pro lisování o cca 28 procent, aniž by byly ohroženy požadavky na tvarovou stabilitu.
Díky efektivnějším temperačním systémům mohou být cyklové časy vstřikovaných komponentů zkráceny o 60 procent a tepelné zpracování lisovaných komponentů téměř na polovinu. V některých případech může být dokonce dosaženo zlepšení kvality a rozměrové stálosti konečných produktů.
EWAM: automatická konstrukce temperačních kanálů pro aditivně vyrobené nástroje
Nedostatek zkušeností s aditivní výrobou, náročný návrh temperačních systémů a nedostatečné konstrukční směrnice však dosud brání širokému využití této technologie. Aby se tyto překážky překonaly, vyvíjí Fraunhofer IWU v aktuálním projektu EWAM (Efektivní výroba nástrojů s aditivní výrobou) skriptovou, automatickou konstrukci temperování.
Méně manuální práce a zkrácená doba vývoje nástroje by měly vést k výraznému zvýšení efektivity. Cílem je software-plug-in pro automatickou konstrukci aditivních temperačních systémů s ohledem na požadavky aditivní výroby a výsledky termálních, proudových a zatěžovacích analýz. Aby plug-in mohl rychle získat popularitu po uvedení na trh, bude vytvořen v univerzálním programovacím jazyce a bude kompatibilní s různými 3D-CAD programy.
Aplikace procesu Laser-Powder-Bed-Fusion, optimalizovaná geometrie nástroje, která zohledňuje skutečné procesní zatížení, a inteligentní chlazení nástrojů přinášejí skutečnou přidanou hodnotu pro střední výrobce nástrojů. Fraunhofer IWU si klade za cíl stanovit nové standardy pro rychle realizovatelné, efektivní a kvalitní řešení nástrojů.
Společný stánek EFB na Blechexpo v hale 5
Kontakt:
