El proceso de fabricación aditiva de metales de 3D Systems y el software de diseño de moldes Cimatron permiten ciclos de enfriamiento significativamente reducidos para los insertos de moldes.

Si los cambios de temperatura durante el ciclo de enfriamiento del moldeo por inyección son grandes, el riesgo de que las piezas se deformen aumentará considerablemente. Las pruebas de conductos automotrices moldeados por inyección diseñados y fabricados de manera convencional dieron como resultado fluctuaciones de temperatura de 132 ˚C durante toda la prueba, lo que llevó a B&J Specialty a recomendar a sus clientes el uso de inserciones moldeadas por inyección de enfriamiento conforme para lograr un enfriamiento más uniforme. .

Para lograr este objetivo, los ingenieros de B&J Specialty utilizaron el software Cimatron® de 3D Systems para diseñar el molde y los circuitos internos de agua de refrigeración se diseñaron para adaptarse a la superficie del componente. Para producir los complejos y precisos circuitos internos de agua de refrigeración, utilizaron el equipo de fabricación aditiva metálica ProX® DMP 300 de 3D Systems para imprimir.

El nuevo inserto de molde de enfriamiento conforme reduce el cambio de temperatura durante el proceso de enfriamiento a 18 ˚C y reduce el tiempo del ciclo de contracción del molde de 1 minuto a 40 segundos, lo que aumenta la eficiencia general de la producción en un 30 %.

Según Jarod Rauch, ProX® DMP 300 puede controlar tolerancias entre 1/3000 y 1/4000 de pulgada

Una ruta de agua de refrigeración subóptima da como resultado grandes cambios de temperatura

Los moldes refrigerados formalmente utilizan tecnología moderna para resolver un problema de larga data. Muchas piezas moldeadas por inyección tienen superficies curvas, pero los orificios utilizados para crear canales de refrigeración sólo se pueden perforar en línea recta. En la mayoría de los casos, esto significa que el circuito de refrigeración no puede coincidir con las características geométricas del componente. Las líneas de enfriamiento fabricadas tradicionalmente deben rodear la capa más externa de la pieza para evitar interferencias con la cavidad del molde, lo que significa que las piezas más cercanas al centro de la pieza generalmente están más alejadas de la ruta de agua de enfriamiento más cercana. Esto a menudo resulta en cambios significativos de temperatura en el componente al comienzo del proceso de enfriamiento.

B&J Specialty rediseñó los conductos automotrices para aumentar la eficiencia de enfriamiento y presenta múltiples superficies curvas irregulares. Durante el proceso de diseño del molde original, se perforaron líneas de enfriamiento a través de un bloque central y del estator para ajustar la geometría del molde y permitir un cierto grado de deformación. Para tuberías de forma irregular, varias características importantes de la tubería no tienen nada que ver con el recorrido del agua de refrigeración porque existen restricciones en los canales rectos. Los cambios de temperatura resultantes crean tensiones residuales que hacen que las piezas se pandeen a medida que se enfrían.

En el pasado, los fabricantes de piezas a menudo abordaban este problema extendiendo el ciclo de enfriamiento para garantizar que la pieza esté completamente curada antes de retirarla del molde y ajustando el inserto para permitir una cierta cantidad de deformación. El problema con este método es que extender el ciclo de enfriamiento reducirá la eficiencia de producción y aumentará los costos de fabricación de piezas.

En comparación con los canales de refrigeración lineales tradicionales, los canales de refrigeración conformados impresos en 3D de metal reducen los cambios de temperatura en un 86 %.

Mejorar los moldes con canales de enfriamiento conformes

Según Jarod Rauch, gerente de tecnología de la información e impresión 3D en B&J Specialty, los conductos automotrices son un buen ejemplo de un diseño de enfriamiento conformado mejorado que puede mejorar la calidad de las piezas, reducir las tasas de desperdicio y acortar los ciclos de enfriamiento. .

B&J Specialty propuso esta solución a un cliente, un proveedor de automóviles, que aceptó probar el nuevo enfoque. Después de obtener el archivo CAD de los datos geométricos originales, los ingenieros de B&J Specialty comenzaron el trabajo de diseño utilizando el software de diseño de moldes Cimatron de 3D Systems.

Rauch dijo que B&J Specialty entró en contacto con el software Cimatron mientras investigaba la aplicación del enfriamiento conformado en impresoras 3D de metal. "Vimos que 3D Systems proporcionaba una solución completa de extremo a extremo, que incluía software de diseño de moldes, software de preparación de modelado para impresión 3D e impresora 3D, lo que me hizo muy feliz con esta solución", afirmó Rauch.

Después de trabajar con Cimatron, los ingenieros de B&J Specialty abandonaron la ruta de agua de refrigeración en línea recta original y la reemplazaron con una ruta de agua de refrigeración conformada que mantiene una distancia constante desde la superficie del componente. El uso de tecnología de impresión 3D de metal para la producción final de moldes permitió a los ingenieros diseñar complejos circuitos de agua de refrigeración, al tiempo que mejoró la calidad de las secciones transversales y las superficies de interfaz.

Estas características garantizan un flujo turbulento, lo que aumenta aún más la transferencia de calor desde el molde al refrigerante, lo que hace que el enfriamiento sea más eficiente. Ser capaz de enfriar el molde de manera más eficiente reduce la tasa de defectos de las piezas (como deformaciones y marcas de hundimiento) y garantiza la calidad de las piezas. Este enfoque reduce las tasas de corrección, prueba y error y muestreo, produce piezas de mayor calidad y ahorra mucho tiempo y dinero a los fabricantes de moldes y operadores.

Establezca expectativas con una simulación precisa

Luego, los ingenieros de B&J Specialty importaron los archivos de molde del software Cimatron a Moldex3D (software de simulación de moldeo por inyección) para la simulación de enfriamiento general. “Cimatron es totalmente compatible con Moldex3D, lo que nos permite simular fácilmente todo el proceso de moldeo por inyección, mapear los cambios de temperatura del molde y las piezas, identificar puntos calientes y de enfriamiento y simular los efectos de diferentes tiempos de enfriamiento. " dijo Rauch.

El proceso de simulación también señaló algunas áreas clave de mejora, y la estrategia de enfriamiento para dichas áreas clave se puede rediseñar antes de la producción real. Una comparación de simulación entre el diseño del molde original y el nuevo diseño del canal de enfriamiento conforme muestra que la distribución de temperatura de las piezas nuevas ha mejorado enormemente, con el cambio de temperatura reducido en un 86%.

Cimatron es totalmente compatible con Moldex3D, lo que nos permite simular fácilmente el proceso de moldeo por inyección para evaluar el diseño digitalmente.

Insertos de molde impresos en 3D con canales de enfriamiento conformes

Luego, los ingenieros de B&J Specialty utilizaron el software de fabricación aditiva de metal 3DXpert™ de 3D Systems para diseñar los insertos del molde en preparación para la producción. Importaron los datos de la pieza, optimizaron los datos de las características geométricas, calcularon las rutas de escaneo, diseñaron la plataforma de construcción de impresión 3D y enviaron los datos directamente desde el software 3DXpert a la impresora 3D de metal ProX DMP 300 de 3D Systems.

El ProX DMP 300 utiliza un cabezal láser de alta precisión que utiliza material LaserForm® de 3D Systems. Para moldes de tubos para automóviles, B&J Specialty utiliza acero martensítico.

B&J Specialty utiliza canales de agua de refrigeración conformados para aumentar la eficiencia de producción en un 30 % con impresión directa en metal 3D

"El ProX DMP 300 es excelente para crear canales de enfriamiento conformes porque es muy preciso", dijo Rauch. "Podemos permitir tolerancias de una parte en tres mil a una parte en cuatro mil". La tecnología patentada de Impresión Directa de Metal (DMP) de 3D Systems nos permite crear los detalles más finos y las paredes más delgadas utilizando partículas más pequeñas de material de espesor. La rugosidad superficial final de las piezas puede ser de 5 μm (200 Ra micropulgadas) sin mucho posprocesamiento.

La eficiencia de la producción ha mejorado enormemente.

Una vez completada la impresión, B&J Specialty utilizó un escáner 3D de luz azul para escanear el inserto en el software de inspección y metrología Geomagic® Control X™ de 3D Systems, superponer la rejilla sobre la geometría diseñada y verificar el inserto de molde impreso en 3D de metal. Luego, los insertos se envían al proveedor de automóviles, quien luego los instala en la máquina de moldeo.

Rauch dijo: "Los resultados de las pruebas de Bechmark muestran que la ruta de agua conformada hace que el proceso de enfriamiento sea más equilibrado, acortando así el tiempo del ciclo de enfriamiento y aumentando la eficiencia de producción en un 30%. Debido a que el enfriamiento conformado acorta el tiempo del ciclo de enfriamiento, reduce la presión de inyección, lo que resulta La vida útil del molde mejora enormemente, lo que a su vez reduce el desgaste en la línea de separación y reduce los detalles intrincados del molde”.