3D Systems軟硬體結合使模具總成本降低16%,隨形冷卻技術迎來黃金發展期

來源:3DSystems軟體解决方案    

美國Bastech公司在射出成型模具過程中採用3DSystems公司端到端的解決方案進行隨形冷卻,縮短了成型時間,同時使模溫保持恒定;設計及生產時間的縮短產生了較大的效益。

 為保持恒溫環境,製造商們先後使用了隔水片、點膠口、熱流道等,甚至使用多板結構來增加複雜的鑽孔。

 

在過去的十餘年間,隨形冷卻--設計出與部件輪廓一致的冷卻通道一直被認為是控制注塑恒溫環境的解決方案。然而隨形冷卻增加了模具製造的設計難度及製造複雜度,使得大部分工廠都對其望而卻步。

“絕對可靠的辦法”

Bastech是一家位於美國俄亥俄州的公司,專為增材製造服務業及設備銷售業提供一站式解決方案。Bastech一直在努力尋找保持恒溫的辦法,並相信已經找到了更簡單、更高效、更經濟的解決方案。Bastech公司是3DSystems公司的授權金牌合作夥伴,其研究工作得到了3DSystems公司的大力幫助,3DSystems為其提供了最新的3D列印技術和專業知識。

Bastech公司在這一方面的研究取得了突破性進展,這一點在最近兩次測試的記錄中得到了體現。基於3DSystems公司的Cimatron™模具設計與製造軟體及其ProX®200金屬印表機。通過運用3DSystems合作夥伴--Moldex3D的軟體進行隨形冷卻模擬設計,並使用3DSystems公司的三維檢測軟體Geomagic®Control軟體對DMP金屬列印部件進行檢驗。

採用Cimatron™設計的模具,製造出的複雜隨形冷卻水道減少了14%的注塑時間以及16%的總成本。

 

該製造工藝是一種端到端的製造解決方案,將虛擬的數位世界和現實的物質世界完美地集成在一起,這些都是通過3D Systems公司的產品才得以實現。

 

“軟體強大的設計功能充分發揮了3D列印性能,列印出表面光滑、無需太多後續處理的高密度金屬部件,為製造定制冷卻道的模具提供了絕對可靠的解決方案。”Bastech公司首席執行官Ben Staub如是說。

自動化設計及分析

Bastech公司的第一次測試是對兩個體積、尺寸和設計結構極其相似的零件進行比較。其中一個部件有3D列印的隨形冷卻道模仁,;而另一個部件則是標準的螺旋隔水片結構,採用傳統方法製造而成。

隨形冷卻設計使用了Cimatron軟體。Cimatron是一款專業的CAD/CAM軟體,該軟體涵蓋了模具製造的整個週期--從報價到設計,工程變更,以及NC和EDM程式設計。Cimatron的最新版本包含了冷卻設計和分析功能,這兩種功能既支援傳統鑽孔冷卻水道,又支援3D列印技術製造出的隨形冷卻水道。

通過集成的Moldex3D,Cimatron公司的注塑模設計師可以對注塑過程進行自動化分析以優化冷卻水道的佈局。

Staub說,Cimatron和Moldex的完美集成締造出專業級軟體,可説明經驗不太豐富的工程師創造出更好的設計。當前對經驗豐富的工匠出現了求大於供的情況,因此這一款軟體出現得太合時宜了。

 

Bastech公司的工程經理斯Scott Young補充道,3D列印設計需要對結構支撐設計有所瞭解,以創造出最符合客戶需求的設計方案,並降低材料成本,減少列印時間。這一專業知識已被構建在Cimatron軟體中,我們的設計師不必再在CAD套裝軟體中不停流覽尋找複雜的內部水道,只需專心考慮自己的設計方案就可以了。

大幅節省時間和縮短交付週期

錐形螺旋是Bastech公司的第一個基準測試對象,該錐形螺旋位於空間錐面內部,主要用於工業裝配。通過旋轉淚滴狀結構使螺旋的一端與其核心外表面平行,並與其保持恒定距離,從而製造出隨形冷卻水道。通過使橫截面沿著錐形螺旋轉動,Baste成公司可設計出這一複雜幾何結構,而ProX DMP 200印表機可使該結構一次成型。

對3D列印模具進行設計花了兩天時間,將設計方案在ProX DMP 200印表機上列印出來花了三天時間。為最大限度地提高生產率,Bastech公司將模具的3D列印與Bastech公司其他工程所需部件進行了充分的結合。

利用3D Systems公司的光固化成型技術並使用馬氏體時效鋼在ProX® DMP 200印表機上列印出的帶有隨形冷卻水道的模仁嵌件。

ProXDMP 200印表機是一種能夠替代傳統製造工藝的成本合理的選擇,它可以減少浪費,加快製造速度,縮短準備時間,可製造出緻密金屬部件,而且能列印複雜的元件。

斯托布說,它是一種可以提高我們鑄造能力的工具。它賦予我們更高的周轉加工能力,並可以解決工廠中遇到的瓶頸難題。使用ProXDMP 200之後,直接省去了EDM和鑽孔工序,每個模具製造可節省30到40小時的時間,而且大大減少了CNC和拋光作業量。

逆流式螺旋芯採用Cimatron軟體進行設計和分析,利用ProX DMP200印表機進行3D列印,可節省40多個小時的程式設計和加工時間。Scott Young說,將所有的成本都算在內,3D列印的螺旋芯比傳統方法製造的螺旋芯可淨節省$1765 (18%)美元。

更重要的是,在運行過程中隨形冷卻模具可保持更低的溫度,並可節省22%的迴圈時間。

斯托布說,在注塑制模中,迴圈時間處於最重要的地位,位居第二的是穩定控制溫度的能力。

Scott Young說,溫度控制得越穩定,鑄造的部件品質就越有保證。沒有了溫度變化引起的變形,縮短了迴圈時間縮短,使得模具的性能得到了巨大改善。

基準測試1:隔水片VS 隨形冷卻

隔水片模仁冷卻水道表面積=24.2 in²

冷卻水道隨模仁的表面積= 52.2 in²

隨形冷卻的成本節約

在第二次基準測試中,Bastech公司設計了一個由完整公模仁、母模仁和滑塊構成的模具組合,並進行3D列印。在這次測試中,我們的目標是使傳統設計模具與隨形設計模具保持一樣的溫度,看一下它是如何影響冷卻效果和迴圈時間的。

結果顯示,在隨形冷卻設計過程中,大大減少了程式設計、加工及拋光時間,同時完全省去了EDM工序。Cimatron軟體使隨形冷卻模具的設計階段從30小時縮短到了短短的7個小時,3D列印模具可節省16%的成本,約為$2505美元。

傳統模具的冷卻時間為10.5秒,而隨形模具的冷卻時間僅為7.5秒,迴圈時間縮短了14%。

Scott Young說,即使在傳統冷卻設計與隨形冷卻模具設計溫度保持一致的情況下,隨形冷卻設計可使更多液體流經更大面積的表面,因此可以更有效地對模具進行冷卻。

基準測試2:傳統vs隨形 

重大的底線效應

Scott Young說,一直以來人們都在尋求更好的冷卻技術,現在我們有軟體可以説明模具製造者更好地佈局母模仁、公模仁和鑲件的位置,然後用直接金屬列印技術將設計圖列印出來.

斯托布說,傳統冷卻技術對注塑制模沒有什麼更好的解決辦法。你只能在某幾個位置鑽孔,而不能像3D列印的隨形冷卻水道那樣,可到處鑽孔。在隨性冷卻設計中我們終於不再需要作出妥協了。

Bastech公司得到美國俄亥俄州和戴頓大學研究院資助購買了ProX 200 DMP印表機,因此該公司的任務之一就是與工業界分享成果。斯托布希望Bastech公司的基準測試可以向各種規模的工廠說明有絕對可靠的、端對端的解決方案可以實現隨形冷卻。

他說,很多工具製造商都將採用3D技術來改善自身的運營。我們願意向其他工廠分享我們的成功,並讓他們知道3D技術不僅能為他們帶來成功,而且這種成功會對他們產生極大的影響。

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