3D Systems软硬件结合随形冷却技术迎来黄金发展期

■美国3D Systems

美国3D Systems

美国Bastech公司在射出制模过程中采用3D Systems 公司端到端的解决方案进行随形冷却,缩短了射出时 间,同时使模温保持恒定;设计及生产时间的缩短产生 了较大的效益。
自射出模发展之初,如何使模具在生产过程中保持恒温 就一直是摆在人们面前的一大难题。为保持恒温环境, 制造商们先后使用了隔水片、点胶口、热流道等,甚至 使用多板结构来增加复杂的钻孔。在过去的十余年间, 随形冷却–设计出与部件轮廓一致的冷却通道一直被认 为是控制射出恒温环境的解决方案。然而随形冷却增加 了模具制造的设计难度及制造复杂度,使得大部分工厂 都对其望而却步。

绝对可靠的办法

Bastech是一家位于俄亥俄州的公司,专为增材制造服 务业及设备销售业提供一站式解决方案。 Bastech一 直在努力寻找保持恒温的办法,并相信已经找到了更简单、更高效、更经济的解决方案。 Bastech公司是 3D Systems公司的授权金牌合作伙伴,其研究工作得 到了3D Systems 公司的大力帮助,3D Systems 为其 提供了最新的3D打印技术和专业知识。

图 1: 水路设计示意图

Bastech公司在这一方面的研究取得了突破性进展, 这一点在最近两次测试的记录中得到了体现。基于 3D Systems 公司的 Cimatron ™模具制造软件及其 ProX® 200 金属打印机。通过运用 3D Systems 合作伙伴–Moldex3D的软件进行随形冷却仿真设计,并 使用3D Systems公司的Geomagic® Control软件对 DMP金属打印部件进行检验。采用Cimatron™的模 具设计制造出的复杂随形冷却水道减少了14%的射出 时间以及16%的总成本。该制造工艺是一种端对端的 制造解决方案,将虚拟的数字世界和现实的物质世界 完美地集成在一起,这些都是通过3D Systems公司 的产品才得以实现。
“软件强大的设计功能充分发挥了3D打印性能,打 印出表面光滑、无需太多后续处理的高密度金属部 件,为制造定制冷却道的模具提供了绝对可靠的解决 方案。” Bastech公司首席执行官Ben Staub如是说。

自动化设计及分析

Bastech公司的第一次测试是对两个体积、尺寸和设 计结构极其相似的零件进行比较。其中一个部件有 3D打印的随形冷却道型芯,而另一个部件则是标准 的螺旋隔水片结构,采用传统方法制造而成。随形冷 却设计使用了Cimatron软件。

Cimatron 是一款专业的 CAD/CAM 软件,该软件涵 盖了模具制造的整个周期–从报价到设计,工程变 更,以及NC和EDM编程。 Cimatron的最新版本包含了冷却设计和分析功能,这两种功能既支持传统钻 孔冷却水道,又支持3D打印技术制造出的随形冷却水道。

 

图 2: 金属 3D 打印后示意图                                                          图 3: 实际生产产品

通过集成的Moldex3D,Cimatron公司的射出模设计 师可以对射出过程进行自动化分析以优化冷却水道的 布局。 Staub 说,Cimatron 和 Moldex3D 的完美集 成缔造出专业级软件,可帮助经验不太丰富的工程师 创造出更好的设计。当前对经验丰富的工匠出现了求 大于供的情况,因此这一款软件出现得太合时宜了。 Bastech 公司的工程经理斯 Scott Young 补充道,3D 打印设计需要对结构支撑设计有所了解,以创造出最 符合客户需求的设计方案,并降低材料成本,减少打 印时间。这一专业知识已被构建在Cimatron软件中, 我们的设计师不必再在CAD软件包中不停浏览寻找 复杂的内部水道,只需专心考虑自己的设计方案就可以了。

大幅节省时间和缩短交付周期

锥形螺旋是Bastech公司的第一个基准测试对象,该 锥形螺旋位于空间锥面内部,主要用于工业装配。 通过旋转泪滴状结构使螺旋的一端与其核心外表面 平行,并与其保持恒定距离,从而制造出随形冷却水 道。通过使横截面沿着锥形螺旋转动,Baste成公司可设计出这一复杂几何结构,而ProX DMP 200打印 机可使该结构一次成型。对3D打印模具进行设计花 了两天时间,将设计方案在ProX DMP 200打印机上 打印出来花了三天时间。为最大限度地提高生产率, Bastech 公司将模具的 3D 打印与 Bastech 公司其他 工程所需部件进行了充分的结合。利用3D Systems 公司的光固化成型技术并使用马氏体时效钢在ProX® DMP 200打印机上打印出的带有随形冷却水道的模 芯嵌件。

ProX DMP 200打印机是一种能够替代传统制造工艺 的成本合理的选择,它可以减少浪费,加快制造速度, 缩短准备时间,可制造出致密金属部件,而且能打印 复杂的组件。斯托布说,它是一种可以提高我们铸造 能力的工具。它赋予我们更高的周转加工能力,并可 以解决工厂中遇到的瓶颈难题。使用ProX DMP 200 之后,直接省去了EDM和钻孔工序,每个模具制造 可节省30到40小时的时间,而且大大减少了CNC 和抛光作业量。
逆流式螺旋芯采用Cimatron软件进行设计和分析, 利用ProX DMP 200打印机进行3D打印,可节省40多个小时的编程和加工时间。杨说,将所有的成本都 算在内,3D打印的螺旋芯比传统方法制造的螺旋芯 可净节省$1,765 (18%)美元。更重要的是,在运行过 程中随形冷却模具可保持更低的温度,并可节省22% 的循环时间。

 

图 4: 基准测试 1:隔水片 VS 随形冷却 图 5: 基准测试 2:传统 vs 随形

斯托布说,在射出制模中,循环时间处于最重要的地 位,位居第二的是稳定控制温度的能力。 杨说,温度控制得越稳定,铸造的部件质量就越有保 证。没有了温度变化引起的变形,缩短了循环时间缩 短,使得模具的性能得到了巨大改善。

随形冷却的成本节约

在第二次基准测试中,Bastech公司设计了一个由完 整芯、腔和斜面构成的模具组合,并进行3D打印。 在这次测试中,我们的目标是使传统设计模具与随形 设计模具保持一样的温度,看一下它是如何影响冷却 效果和循环时间的。

结果显示,在随形冷却设计过程 中,大大减少了编程、加工及抛光时间,同时完全省 去了EDM工序。 Cimatron软件使随形冷却模具的设计时间从30小时缩短到了短短的7个小时,3D打印 模具可节省16%的成本,约为$2,505美元。传统模具的冷却时间为10.5秒,而随形模具的冷却时间仅为 7.5秒,循环时间缩短了14%。


重大的底线效应

杨说,即使在传统冷却设计与随形冷却模具设计温度 保持一致的情况下,随形冷却设计可使更多液体流经 更大面积的表面,因此可以更有效地对模具进行冷 却。杨说,一直以来人们都在寻求更好的冷却技术,现在我们有软件可以帮助模具制造者更好地布局型 腔、型芯和镶件的位置,然后用直接金属打印技术将 设计图打印出来。

图 6: 水路透示图

斯托布说,传统冷却技术对射出制模没有什么更好的 解决办法。你只能在某几个位置钻孔,而不能像3D 打印的随形冷却水道那样,可到处钻孔。在随性冷却 设计中我们终于不再需要作出妥协了。
Bastech公司得到俄亥俄州和戴顿大学研究院资助购 买了ProX 200 DMP打印机,因此该公司的任务之一 就是与工业界分享成果。斯托布什望Bastech公司的 基准测试可以向各种规模的工厂说明有绝对可靠的、 端对端的解决方案可以实现随形冷却。他说,很多工 具制造商都将采用3D技术来改善自身的运营。我们 愿意向其他工厂分享我们的成功,并让他们知道3D 技术不仅能为他们带来成功,而且这种成功会对他们 产生极大的影响。

Share

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注