La fabrication additive, en particulier le procédé de fusion par lit de poudre laser (LPBF), ouvre de nouvelles voies dans la construction d'outils grâce à une grande liberté de conception. L'Institut Fraunhofer IWU exploite ce potentiel dans deux projets de recherche, « AdTopoTool » et « EWAM ». L'objectif est de développer et de produire plus rapidement des outils plus efficaces pour la mise en forme à chaud des tôles et le moulage par injection. Cela profite également à la qualité de la pièce, qui peut être produite en moins de temps avec de tels outils.
AdTopoTool : une distribution efficace du matériau dans l'outil réduit le poids d'environ 30 pour cent.
Dans de nombreuses entreprises de construction d'outils, des procédés de fabrication conventionnels et des conceptions basées sur l'expérience sont encore utilisés aujourd'hui. Cela s'accompagne généralement de restrictions géométriques et d'un poids d'outil très élevé.
En conséquence, les temps de fabrication et la qualité des pièces souffrent souvent d'une gestion de la température insuffisante. Dans le projet de recherche AdTopoTool, les partenaires du projet Fraunhofer IWU, Werkzeugbau Winkelmühle GmbH et H+E Produktentwicklung GmbH ont démontré que les outils fabriqués de manière additive avec des géométries optimisées topologiquement et de canaux de refroidissement offrent une valeur ajoutée significative - malgré des exigences élevées en matière de résistance thermomécanique et de gestion de la température de l'outil. L'optimisation topologique signifie ici concevoir l'outil pour un poids minimal et une rigidité maximale grâce à une distribution intelligente du matériau ou à l'aide d'une conception géométrique améliorée des canaux de refroidissement.
À l'exemple des processus de production de moulage par injection et de durcissement par pressage, une méthode numérique a été développée pour prédire de manière fiable le comportement de charge et de structure des outils soumis à des contraintes thermiques élevées. Cette méthode a été utilisée pour l'optimisation topologique et la conception des canaux de refroidissement d'un outil démonstrateur pour le moulage par injection ainsi que pour le durcissement par pressage.
Les chercheurs ont également validé les géométries d'outils optimisées et fabriquées de manière additive dans un cadre de laboratoire. Le résultat : une réduction de poids de l'outil de moulage par injection d'environ 34 pour cent et du segment de l'outil de durcissement par pressage d'environ 28 pour cent, sans compromettre les exigences de stabilité dimensionnelle.
Grâce à des systèmes de tempérage plus efficaces, les temps de cycle des pièces moulées par injection peuvent être réduits de 60 pour cent et le traitement thermique des pièces durcies par pressage de presque la moitié. Dans certains cas, une amélioration de la qualité et de la conformité dimensionnelle des produits finis peut même être atteinte.
EWAM : conception automatique de canaux de tempérage pour des outils fabriqués de manière additive
Le manque d'expérience avec la fabrication additive, une conception complexe des systèmes de tempérage et des directives de construction incomplètes entravent encore l'utilisation généralisée de cette technologie. Pour surmonter ces obstacles, l'Institut Fraunhofer IWU développe dans le projet actuel EWAM (Construction d'outils efficace avec fabrication additive) une conception de tempérage automatique basée sur des scripts.
Moins d'efforts manuels et un temps de développement réduit pour l'outil devraient conduire à une augmentation significative de l'efficacité. L'objectif est un plug-in logiciel pour la conception automatique de systèmes de tempérage additifs, tenant compte des exigences de la fabrication additive ainsi que des résultats d'analyses thermiques, hydrodynamiques et de charge. Afin que le plug-in puisse se répandre rapidement après son lancement sur le marché, il sera créé dans un langage de programmation universel et sera compatible avec différents programmes de CAO 3D.
L'application du procédé de fusion par lit de poudre laser, une géométrie d'outil optimisée tenant compte des charges de processus réelles, ainsi qu'un refroidissement intelligent des outils créent une véritable valeur ajoutée pour les fabricants d'outils de taille intermédiaire. L'Institut Fraunhofer IWU s'est donné pour mission de définir de nouvelles normes pour des solutions d'outils rapidement réalisables, économes en ressources et de haute qualité.
Stand commun de l'EFB à la Blechexpo dans le hall 5
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