Produkcja addytywna, w szczególności proces Laser Powder Bed Fusion (LPBF), otwiera nowe możliwości w budowie narzędzi dzięki dużej swobodzie projektowania. Fraunhofer IWU wykorzystuje ten potencjał w dwóch projektach badawczych, »AdTopoTool« i »EWAM«. Celem jest przyspieszenie rozwoju i produkcji bardziej efektywnych narzędzi do formowania na gorąco blach oraz wtrysku. Korzyści czerpie również jakość elementu, który można produkować w krótszym czasie przy użyciu takich narzędzi.
AdTopoTool: efektywna dystrybucja materiału w narzędziu obniża wagę o około 30 procent.
W wielu firmach zajmujących się budową narzędzi wciąż stosowane są konwencjonalne metody produkcji i oparte na doświadczeniu projekty. Zazwyczaj wiąże się to z ograniczeniami geometrycznymi i bardzo dużą wagą narzędzi.
W rezultacie czasy produkcji i jakość elementów często cierpią z powodu niewystarczającego zarządzania temperaturą. W projekcie badawczym AdTopoTool partnerzy projektu Fraunhofer IWU, Werkzeugbau Winkelmühle GmbH i H+E Produktentwicklung GmbH udowodnili, że narzędzia wytwarzane addytywnie z optymalizowanymi geometriami topologii i kanałów chłodzących oferują znaczną wartość dodaną – pomimo wysokich wymagań dotyczących wytrzymałości termomechanicznej i zarządzania temperaturą narzędzia. Optymalizacja topologii polega na jednoczesnym projektowaniu narzędzia na minimalną wagę i maksymalną sztywność poprzez inteligentną dystrybucję materiału oraz poprawioną geometrię kanałów chłodzących.
Na przykładzie procesów produkcyjnych wtrysku i utwardzania prasowego opracowano metodę numeryczną, która pozwala wiarygodnie przewidywać zachowanie obciążeniowe i strukturalne narzędzi narażonych na wysokie obciążenia termiczne. Metoda ta została zastosowana do optymalizacji topologicznej i projektowania kanałów chłodzących dla jednego narzędzia demonstracyjnego do wtrysku oraz do utwardzania prasowego.
Badacze zwalidowali również zoptymalizowane i addytywnie wytworzone geometrie narzędzi w skali laboratoryjnej. Wynik: redukcja wagi narzędzia do wtrysku o około 34 procent i segmentu narzędzia do utwardzania prasowego o około 28 procent, bez wpływu na wymagania dotyczące stabilności formy.
Dzięki efektywniejszym systemom temperującym czasy cyklu dla wtryskiwanych elementów mogą być skrócone o 60 procent, a obróbka cieplna elementów utwardzanych prasowo o prawie połowę. W niektórych przypadkach można nawet osiągnąć poprawę jakości i wymiarowości produktów końcowych.
EWAM: automatyczne projektowanie kanałów temperujących dla addytywnie wytworzonych narzędzi
Brak doświadczenia w zakresie produkcji addytywnej, skomplikowane projektowanie systemów temperujących oraz luki w wytycznych konstrukcyjnych stanowią jednak przeszkodę dla szerokiego zastosowania tej technologii. Aby przezwyciężyć te przeszkody, Fraunhofer IWU w aktualnym projekcie EWAM (Efektywna budowa narzędzi z produkcją addytywną) opracowuje skryptowe, automatyczne projektowanie temperowania.
Mniejszy wysiłek manualny i skrócony czas rozwoju narzędzia mają prowadzić do znacznego zwiększenia efektywności. Celem jest wtyczka oprogramowania do automatycznego projektowania addytywnych systemów temperujących z uwzględnieniem wymagań produkcji addytywnej oraz wyników analiz termicznych, hydraulicznych i obciążeniowych. Aby wtyczka mogła szybko zdobyć popularność po wprowadzeniu na rynek, zostanie stworzona w uniwersalnym języku programowania i będzie kompatybilna z różnymi programami CAD 3D.
Zastosowanie procesu Laser-Powder-Bed-Fusion, zoptymalizowana geometria narzędzia, która uwzględnia rzeczywiste obciążenia procesowe, oraz inteligentne chłodzenie narzędzi stwarzają rzeczywistą wartość dodaną dla średniej wielkości producentów narzędzi. Fraunhofer IWU postawił sobie za cel ustanowienie nowych standardów dla szybko wdrażanych, efektywnych zasobowo i wysokiej jakości rozwiązań narzędziowych.
Wspólny stoisko EFB na Blechexpo w hali 5
Kontakt:
