La fabricación aditiva, especialmente el proceso de fusión por lecho de polvo láser (LPBF), abre nuevas vías en la construcción de herramientas gracias a una gran libertad de diseño. El Fraunhofer IWU está aprovechando este potencial en dos proyectos de investigación, 'AdTopoTool' y 'EWAM'. El objetivo es desarrollar y fabricar herramientas más eficientes para la conformación en caliente de chapas y el moldeo por inyección de manera acelerada. Esto también beneficia la calidad de la pieza, que se puede producir en menos tiempo con tales herramientas.
AdTopoTool: la distribución eficiente del material en la herramienta reduce el peso en aproximadamente un 30 por ciento.
En muchas empresas de construcción de herramientas, todavía se utilizan hoy en día procesos de fabricación convencionales y diseños basados en la experiencia. Esto generalmente conlleva restricciones geométricas y un peso de herramienta muy alto.
Como resultado, los tiempos de fabricación y la calidad de las piezas a menudo sufren debido a una gestión de temperatura insuficiente. En el proyecto de investigación AdTopoTool, los socios del proyecto Fraunhofer IWU, Werkzeugbau Winkelmühle GmbH y H+E Produktentwicklung GmbH demostraron que las herramientas fabricadas aditivamente con geometrías optimizadas topológicamente y de canales de refrigeración ofrecen un valor añadido significativo, a pesar de las altas exigencias en cuanto a la resistencia termomecánica y la gestión de temperatura de la herramienta. La optimización topológica implica diseñar la herramienta simultáneamente para un peso mínimo y una rigidez máxima mediante una distribución inteligente del material o con la ayuda de un diseño geométrico mejorado de los canales de refrigeración.
A través de los procesos de producción de moldeo por inyección y endurecimiento por presión, se desarrolló un método numérico que permite predecir de manera confiable el comportamiento de carga y estructura de herramientas sometidas a altas exigencias térmicas. Este método se utilizó para la optimización topológica y el diseño de los canales de refrigeración de una herramienta demostradora para el moldeo por inyección y para el endurecimiento por presión.
Los investigadores también validaron las geometrías de herramientas optimizadas y fabricadas aditivamente en un estándar de laboratorio. El resultado: una reducción de peso de la herramienta de moldeo por inyección de aproximadamente un 34 por ciento y del segmento de la herramienta de endurecimiento por presión de aproximadamente un 28 por ciento, sin que se vean comprometidos los requisitos de estabilidad de forma.
A través de sistemas de temperado más eficientes, los tiempos de ciclo de las piezas moldeadas por inyección pueden reducirse en un 60 por ciento y el tratamiento térmico de las piezas endurecidas por presión en casi la mitad. En algunos casos, incluso se puede lograr una mejora en la calidad y la precisión dimensional de los productos finales.
EWAM: construcción automática de canales de temperado para herramientas fabricadas aditivamente
La falta de experiencia con la fabricación aditiva, un diseño laborioso de los sistemas de temperado y directrices de construcción incompletas han impedido hasta ahora un uso amplio de esta tecnología. Para superar tales obstáculos, el Fraunhofer IWU está desarrollando en el proyecto actual EWAM (Construcción de herramientas eficiente con fabricación aditiva) un diseño de temperado automático basado en scripts.
Menos esfuerzo manual y un tiempo de desarrollo reducido para la herramienta deberían llevar a un aumento significativo de la eficiencia. El objetivo es un complemento de software para la construcción automática de sistemas de temperado aditivos teniendo en cuenta los requisitos de la fabricación aditiva, así como los resultados de análisis térmicos, de flujo y de carga. Para que el complemento pueda difundirse rápidamente tras su lanzamiento al mercado, se creará en un lenguaje de programación universal y será compatible con varios programas de CAD 3D.
La aplicación del proceso de fusión por lecho de polvo láser, una geometría de herramienta optimizada que tiene en cuenta las cargas de proceso reales, así como una refrigeración inteligente de la herramienta, crea un verdadero valor añadido para los fabricantes de herramientas medianos. El Fraunhofer IWU se ha propuesto establecer nuevos estándares para soluciones de herramientas rápidas, eficientes en recursos y de alta calidad.
Stand conjunto de la EFB en la Blechexpo en el pabellón 5
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