La produzione additiva, in particolare il processo di Laser Powder Bed Fusion (LPBF), apre nuove strade nella costruzione di utensili grazie a una grande libertà di design. Il Fraunhofer IWU sta esplorando questo potenziale in due progetti di ricerca, "AdTopoTool" e "EWAM". L'obiettivo è sviluppare e produrre in modo più rapido utensili più efficienti per la deformazione a caldo della lamiera e lo stampaggio a iniezione. Anche la qualità del componente ne beneficia, poiché può essere prodotto in meno tempo con tali utensili.
AdTopoTool: una distribuzione efficiente del materiale nell'utensile riduce il peso di circa il 30 percento.
In molte aziende di costruzione di utensili, vengono ancora utilizzati processi di produzione convenzionali e design basati sull'esperienza. Questo comporta generalmente limitazioni geometriche e un peso molto elevato degli utensili.
Di conseguenza, i tempi di produzione e la qualità dei componenti spesso soffrono di una gestione della temperatura inadeguata. Nel progetto di ricerca AdTopoTool, i partner di progetto Fraunhofer IWU, Werkzeugbau Winkelmühle GmbH e H+E Produktentwicklung GmbH hanno dimostrato che gli utensili realizzati in modo additivo con geometrie ottimizzate topologicamente e dei canali di raffreddamento offrono un valore aggiunto significativo, nonostante le elevate esigenze di resistenza termomeccanica e gestione della temperatura dell'utensile. L'ottimizzazione topologica implica progettare l'utensile per un peso minimo e una rigidità massima attraverso una distribuzione intelligente del materiale e un miglioramento del design geometrico dei canali di raffreddamento.
Sull'esempio dei processi di produzione di stampaggio a iniezione e tempra a pressione, è stato sviluppato un metodo numerico che consente di prevedere in modo affidabile il comportamento sotto carico e strutturale di utensili soggetti a elevate sollecitazioni termiche. Questo metodo è stato utilizzato per l'ottimizzazione topologica e la progettazione dei canali di raffreddamento di uno strumento dimostrativo per lo stampaggio a iniezione e per la tempra a pressione.
I ricercatori hanno inoltre validato le geometrie degli utensili ottimizzate e realizzate in modo additivo in laboratorio. Il risultato: una riduzione del peso dello strumento per stampaggio a iniezione di circa il 34 percento e del segmento dello strumento di tempra a pressione di circa il 28 percento, senza compromettere i requisiti di stabilità della forma.
Grazie a sistemi di tempera più efficienti, i tempi di ciclo dei componenti stampati a iniezione possono essere ridotti del 60 percento e il trattamento termico dei componenti temprati a pressione di quasi la metà. In alcuni casi, è possibile persino ottenere un miglioramento della qualità e della precisione dimensionale dei prodotti finali.
EWAM: costruzione automatica dei canali di tempera per utensili realizzati in modo additivo
La mancanza di esperienza con la produzione additiva, una progettazione complessa dei sistemi di tempera e linee guida costruttive incomplete ostacolano ancora oggi un ampio utilizzo di questa tecnologia. Per superare tali ostacoli, il Fraunhofer IWU sta sviluppando nel progetto attuale EWAM (Costruzione di utensili efficienti con produzione additiva) una progettazione automatica dei sistemi di tempera basata su script.
Minore impegno manuale e un tempo di sviluppo ridotto per l'utensile dovrebbero portare a un significativo aumento dell'efficienza. L'obiettivo è un plug-in software per la progettazione automatica di sistemi di tempera additiva, tenendo conto delle specifiche della produzione additiva e dei risultati di analisi termiche, fluidodinamiche e di carico. Affinché il plug-in possa diffondersi rapidamente dopo il lancio sul mercato, sarà realizzato in un linguaggio di programmazione universale e sarà compatibile con diversi programmi CAD 3D.
L'applicazione del processo di Laser Powder Bed Fusion, una geometria ottimizzata dell'utensile che tiene conto dei carichi di processo reali, e un raffreddamento intelligente dell'utensile creano un reale valore aggiunto per i costruttori di utensili di medie dimensioni. Il Fraunhofer IWU si è posto l'obiettivo di stabilire nuovi standard per soluzioni utensili rapide, efficienti in termini di risorse e di alta qualità.
Stand comune dell'EFB alla Blechexpo nel padiglione 5
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