Адитивне виробництво, зокрема процес лазерного порошкового сплавлення (LPBF), відкриває нові можливості в інструментальному виробництві завдяки великій свободі дизайну. Інститут Фраунгофера IWU досліджує цей потенціал у двох наукових проектах, "AdTopoTool" та "EWAM". Мета полягає в тому, щоб прискорити розробку та виробництво більш ефективних інструментів для гарячої обробки листового металу та лиття під тиском. Це також позитивно впливає на якість деталі, яку можна виробляти за допомогою таких інструментів за коротший час.
AdTopoTool: ефективний розподіл матеріалу в інструменті знижує вагу приблизно на 30 відсотків.
У багатьох підприємствах інструментального виробництва досі використовуються традиційні методи виготовлення та досвідчені дизайни. Це зазвичай супроводжується геометричними обмеженнями та дуже високою вагою інструментів.
Внаслідок цього час виготовлення та якість деталей часто страждають через недостатнє управління температурою. У науковому проекті AdTopoTool партнери проекту Інститут Фраунгофера IWU, Werkzeugbau Winkelmühle GmbH та H+E Produktentwicklung GmbH змогли продемонструвати, що адитивно виготовлені інструменти з топологічно та охолоджувально оптимізованими геометріями забезпечують значну додану вартість, незважаючи на високі вимоги до термомеханічної стійкості та управління температурою інструмента. Топологічна оптимізація означає, що завдяки розумному розподілу матеріалу або за допомогою покращеного геометричного дизайну охолоджувальних каналів інструмент одночасно проектується на мінімальну вагу та максимальну жорсткість.
На прикладі виробничих процесів лиття під тиском та пресування була розроблена числова методика, яка дозволяє надійно прогнозувати навантаження та структурну поведінку термічно навантажених інструментів. Ця методика була використана для топологічної оптимізації та проектування охолоджувальних каналів для демонстраційного інструмента для лиття під тиском та для пресування.
Дослідники також валідували оптимізовані та адитивно виготовлені геометрії інструментів у лабораторних умовах. Результат: зменшення ваги інструмента для лиття під тиском приблизно на 34 відсотки та сегмента інструмента для пресування приблизно на 28 відсотків, без погіршення вимог до формостійкості.
Завдяки більш ефективним системам температурного контролю цикли виготовлення литих деталей можуть бути скорочені на 60 відсотків, а термічна обробка пресованих деталей - майже вдвічі. При цьому в деяких випадках навіть можна досягти покращення якості та точності кінцевих продуктів.
EWAM: автоматичне проектування охолоджувальних каналів для адитивно виготовлених інструментів
Відсутність досвіду в адитивному виробництві, складне проектування систем температурного контролю та неповні конструкційні рекомендації наразі заважають широкому впровадженню цієї технології. Щоб подолати такі перешкоди, Інститут Фраунгофера IWU в рамках поточного проекту EWAM (Ефективне виробництво інструментів з адитивним виробництвом) розробляє скриптову автоматизовану систему проектування температурного контролю.
Менше ручної праці та скорочений час розробки інструменту повинні призвести до значного підвищення ефективності. Мета - програмний плагін для автоматичного проектування адитивних систем температурного контролю з урахуванням вимог адитивного виробництва, а також результатів термічних, гідродинамічних та навантажувальних аналізів. Щоб плагін швидко поширився після виходу на ринок, він буде створений на універсальній мові програмування та буде сумісний з різними 3D-CAD програмами.
Застосування методу лазерного порошкового сплавлення, оптимізована геометрія інструменту, яка враховує фактичні процесуальні навантаження, а також розумне охолодження інструменту створюють реальну додану вартість для середніх виробників інструментів. Інститут Фраунгофера IWU ставить перед собою мету встановити нові стандарти для швидко реалізованих, ресурсоефективних та високоякісних рішень для інструментів.
Спільний стенд EFB на Blechexpo у залі 5
Контакт:
