Le processus de fabrication additive métallique de 3D Systems et le logiciel de conception de moules Cimatron permettent de réduire considérablement les cycles de refroidissement des inserts de moule.

Si les changements de température pendant le cycle de refroidissement du moulage par injection sont importants, le risque de déformation des pièces sera considérablement accru. Les tests de conduits automobiles moulés par injection de conception et de fabrication conventionnelles ont entraîné des fluctuations de température de 132 °C tout au long du test, ce qui a conduit B&J Specialty à recommander à ses clients l'utilisation d'inserts moulés par injection de refroidissement conformes pour obtenir un refroidissement plus uniforme. .

Pour atteindre cet objectif, les ingénieurs de B&J Specialty ont utilisé le logiciel Cimatron® de 3D Systems pour concevoir le moule, et les circuits d'eau de refroidissement internes ont été conçus pour s'adapter à la surface du composant. Afin de produire des circuits d'eau de refroidissement internes complexes et précis, ils ont utilisé l'équipement de fabrication additive métallique ProX® DMP 300 de 3D Systems pour l'impression.

Le nouvel insert de moule de refroidissement conforme réduit le changement de température pendant le processus de refroidissement à 18 °C et réduit le temps de cycle de rétraction du moule de 1 minute à 40 secondes, augmentant ainsi l'efficacité globale de la production de 30 %.

Selon Jarod Rauch, le ProX® DMP 300 peut contrôler des tolérances comprises entre 1/3 000ème et 1/4 000ème de pouce

Un chemin d’eau de refroidissement sous-optimal entraîne des changements de température importants

Les moules refroidis de manière conforme utilisent une technologie moderne pour résoudre un problème de longue date. De nombreuses pièces moulées par injection ont des surfaces courbes, mais les trous utilisés pour créer des canaux de refroidissement ne peuvent être percés qu'en lignes droites. Dans la plupart des cas, cela signifie que le circuit de refroidissement ne peut pas correspondre aux caractéristiques géométriques du composant. Les conduites de refroidissement fabriquées traditionnellement doivent contourner la couche la plus externe de la pièce pour éviter toute interférence avec la cavité du moule, ce qui signifie que les pièces plus proches du centre de la pièce sont généralement plus éloignées du chemin d'eau de refroidissement le plus proche. Cela entraîne souvent des changements de température importants sur le composant au tout début du processus de refroidissement.

B&J Specialty a repensé les conduits automobiles pour augmenter l'efficacité du refroidissement et présente de multiples surfaces incurvées irrégulières. Au cours du processus de conception initial du moule, des conduites de refroidissement ont été percées à travers un bloc central et un bloc stator afin d'ajuster la géométrie du moule afin de permettre un certain degré de gauchissement. Pour les tuyaux de forme irrégulière, plusieurs caractéristiques importantes du tuyau n'ont rien à voir avec le trajet de l'eau de refroidissement car il existe des restrictions sur les canaux droits. Les changements de température qui en résultent créent des contraintes résiduelles qui provoquent le flambage des pièces en refroidissant.

Dans le passé, les fabricants de pièces ont souvent résolu ce problème en prolongeant le cycle de refroidissement pour garantir que la pièce est complètement durcie avant de la retirer du moule, et en ajustant l'insert pour permettre une certaine déformation. Le problème de cette méthode est que l’allongement du cycle de refroidissement réduira l’efficacité de la production et augmentera les coûts de fabrication des pièces.

Par rapport aux voies d'eau de refroidissement linéaires traditionnelles, les voies d'eau de refroidissement conformes imprimées en 3D en métal réduisent les changements de température de 86 %

Améliorez les moules avec des canaux de refroidissement conformes

Selon Jarod Rauch, responsable des technologies de l'information et de l'impression 3D chez B&J Specialty, les conduits automobiles sont un bon exemple d'une conception de refroidissement conforme améliorée qui peut améliorer la qualité des pièces, réduire les taux de rebut et raccourcir les cycles de refroidissement. .

B&J Specialty a proposé cette solution à un client, un équipementier automobile, qui a accepté de tester la nouvelle approche. Après avoir obtenu le fichier CAO des données géométriques d'origine, les ingénieurs de B&J Specialty ont commencé le travail de conception à l'aide du logiciel de conception de moules Cimatron de 3D Systems.

Rauch a déclaré que B&J Specialty était entré en contact avec le logiciel Cimatron alors qu'il recherchait l'application du refroidissement conforme sur les imprimantes 3D métalliques. « Nous avons constaté que 3D Systems fournissait une solution complète de bout en bout, comprenant un logiciel de conception de moules, un logiciel de préparation de modélisation pour l'impression 3D et une imprimante 3D, ce qui m'a rendu très satisfait de cette solution », a déclaré Rauch.

Après avoir travaillé avec Cimatron, les ingénieurs de B&J Specialty ont abandonné le chemin d'eau de refroidissement en ligne droite d'origine et l'ont remplacé par un chemin d'eau de refroidissement conforme qui maintient une distance constante par rapport à la surface du composant. L'utilisation de la technologie d'impression 3D métallique pour la production finale du moule a permis aux ingénieurs de concevoir des circuits d'eau de refroidissement complexes, tandis que la qualité des sections transversales et des surfaces d'interface a été améliorée.

De telles caractéristiques garantissent un écoulement turbulent, augmentant encore le transfert de chaleur du moule au liquide de refroidissement, rendant ainsi le refroidissement plus efficace. Être capable de refroidir le moule plus efficacement réduit le taux de défauts des pièces (tels que les marques de déformation et d'évier) et garantit la qualité des pièces. Cette approche réduit les taux de correction, d'essais et d'erreurs et d'échantillonnage, produit des pièces de meilleure qualité et permet aux moulistes et aux opérateurs d'économiser beaucoup de temps et d'argent.

Définissez vos attentes grâce à une simulation précise

Les ingénieurs de B&J Specialty ont ensuite importé les fichiers de moule du logiciel Cimatron dans Moldex3D (logiciel de simulation de moulage par injection) pour une simulation globale du refroidissement. « Cimatron est entièrement compatible avec Moldex3D, ce qui nous permet de simuler facilement l'ensemble du processus de moulage par injection, de cartographier les changements de température du moule et des pièces, d'identifier les points chauds et les points de refroidissement et de simuler les effets de différents temps de refroidissement. " dit Rauch.

Le processus de simulation a également mis en évidence certains domaines clés à améliorer, et la stratégie de refroidissement pour ces domaines clés peut être repensée avant la production réelle. Une comparaison de simulation entre la conception originale du moule et la nouvelle conception conforme de la voie d'eau de refroidissement montre que la répartition de la température des nouvelles pièces a été grandement améliorée, avec une variation de température réduite de 86 %.

Cimatron est entièrement compatible avec Moldex3D, ce qui nous permet de simuler facilement le processus de moulage par injection pour évaluer la conception numériquement.

Inserts de moule imprimés en 3D avec canaux de refroidissement conformes

Les ingénieurs de B&J Specialty ont ensuite utilisé le logiciel de fabrication additive métallique 3D Systems 3DXpert™ pour concevoir les inserts de moule en vue de la production. Ils ont importé les données des pièces, optimisé les données des caractéristiques géométriques, calculé les chemins de numérisation, aménagé la plate-forme de construction d'impression 3D et envoyé les données directement du logiciel 3DXpert à l'imprimante 3D métal 3D Systems ProX DMP 300.

Le ProX DMP 300 utilise une tête laser de haute précision utilisant le matériau LaserForm® de 3D Systems. Pour les moules de tuyaux automobiles, B&J Specialty utilise de l'acier maraging.

B&J Specialty utilise des canaux d'eau de refroidissement conformes pour augmenter l'efficacité de la production de 30 % grâce à l'impression 3D directe sur métal.

« Le ProX DMP 300 est idéal pour créer des canaux de refroidissement conformes car il est très précis », a déclaré Rauch. «Nous pouvons autoriser des tolérances allant d’une partie sur trois mille à une partie sur quatre mille.» La technologie brevetée Direct Metal Printing (DMP) de 3D Systems nous permet de créer les détails les plus fins et les parois les plus fines en utilisant des particules de matériau plus petites et plus épaisses. La rugosité de surface finale des pièces peut être de 5 μm (200 Ra micro-pouces) sans beaucoup de post-traitement.

L'efficacité de la production est grandement améliorée

Une fois l'impression terminée, B&J Specialty a utilisé un scanner 3D à lumière bleue pour numériser l'insert dans le logiciel d'inspection et de métrologie 3D Systems Geomagic® Control X™, superposer la grille sur la géométrie conçue et vérifier l'insert de moule imprimé en 3D en métal. Les inserts sont ensuite envoyés chez l'équipementier automobile, qui les installe ensuite sur la presse à mouler.

Rauch a déclaré : « Les résultats des tests Benchmark montrent que le chemin d'eau conforme rend le processus de refroidissement plus équilibré, raccourcissant ainsi la durée du cycle de refroidissement, augmentant ainsi l'efficacité de la production de 30 %. Étant donné que le refroidissement conforme raccourcit la durée du cycle de refroidissement, il réduit la pression d'injection, ce qui entraîne La durée de vie du moule est grandement améliorée, ce qui réduit l'usure de la ligne de joint et réduit les détails complexes du moule.