Newsletter / TS Raport 
Zamów

Materiały do budowy form 

17 maja 2016

SLM dla branży narzędziowej

Druk 3D kanałów konformalnych - Najnowsze wyniki testów kanałów konformalnych - SLM - technologią przyszłości w budowie form wtryskowych ?

Podczas produkcji elementów z tworzyw sztucznych metodą wtrysku ważnym jest nie tylko utrzymanie wymaganej jakości, ale również zmniejszenie czasu cyklu. Każda oszczędzona sekunda przekłada się bowiem na zwiększony zysk całego przedsięwzięcia.

SLM Solutions GmbH - producent drukarek 3D do metalu technologią SLM (Selective Laser Melting) oferuje nową metodę produkcji systemów chłodzenia form wtryskowych, która zredukować może czas chłodzenia średnio do 30-40%.

Elementy systemu chłodzenia formy wykonane metodą addytywną SLM

Dzięki wykorzystaniu technologii SLM, kanały chłodzące umieszczane są w równej odległości od powierzchni formującej, co pozwala na równomierny odbiór ciepła. Firma ABB z siedzibą w Zurichu - światowy lider w technologiach dla energetyki i automatyki, producent napędów i sterowników plc, zlecił przeprowadzenie testów na jednej ze swoich form wtryskowych. Testy miały na celu poprawę jakości produktu końcowego oraz redukcję czasu cyklu. 

  • Detal – „przepust przewodu” o wymiarach Ø40mm x 30mm
  • Forma wtryskowa – czterogniazdowa, zimnokanałowa
  • Materiał – elastomer (TPE)

W jednej z najlepszych narzędziowni fińskich VTT Technical Reserch Centre of Finland, posiadającej na wyposażeniu drukarkę 3D do metalu SLM 125 HL, o komorze budowania 125 x 125 mm, zlecono wykonanie nowych rdzeni formujących ze stali narzędziowej 1.2709 o wymiarach Ø45mm x 97mm.

Istniejące wcześniej narzędzie z wykonanymi standardowo elementami chłodzenia, wykazywało czas chłodzenia dla TPE w granicach 20 sek. Nowe rdzenie formujące wykonano w celu poprawy efektywności produkcji poprzez skrócenie czasu i redukcję kosztów oraz zmniejszenie ilości wyprasek wadliwych. Zastosowano 6 różnych profi li kanałów konformalnych (1 podobny do konwencjonalnego) celem porównania i wybrania najbardziej korzystnego rozwiązania. Zoptymalizowano pod katem technologii SLM grubość ścianki i wymiar kanału chłodzącego. Zastosowano symulację celem określenia przepływu medium chłodzącego i przewodniości cieplnej.

Symulacje celem optymalizacji

 

Testowanie następujących profi li kanałów konformalnych:

Dane w postaci plików STL z łatwością przeniesiono do programu wykonawczego BUILD PROCESSOR w jednostce drukującej SLM 125 HL. Czas drukowania ok. 8 godzin przy grubości warstwy 30 μm. Uzyskano żądany, poprawny profil kanałów konformalnych o średniej chropowatości powierzchni ok. 7Ra. Surowy wydruk poddano następnie obróbce cieplnej dla pożądanej twardości 54 HRC oraz nadano ostateczny kształt i wymiar zewnętrzny.

  • Produkcja rdzeni ze stali 1.2709 wykonana w VTT
  • Ustawiona grubość warstwy 30 μm w procesie drukowania
  • Osiągnięta chropowatość powierzchni waha się pomiędzy 3 - 7.1 Ra
  • Obróbka cieplna dla pożądanej twardości 54 HRC wraz z obróbką ostatecznego kształtu zewnętrznego

Ciekawym elementem testów była następnie próba odwzorowania etapu chłodzenia formowania wtryskowego. W tym celu poszczególne wkładki poddawano procesowi podgrzewania do temperatury 70°C, a następnie schładzano do 29°C stosując odpowiedni termostat wodny. Proces monitorowano za pomocą kamery termowizyjnej. Skanowano gorące wkładki w podczerwieni i porównywano szybkość stygnięcia. Na tej podstawie dokonano wyboru najbardziej efektywnego rozwiązania profili kanałów konformalnych.

Wyprodukowane rdzenie formujące oraz przekrój przez rdzeń

Monitoring przy pomocy kamery termowizyjnej

Zestawienie czasu schładzania z 70°C do 29°C dla poszczególnych profili:

Wnioski:

  • Istotne okazały się wyniki przy zastosowaniu kanałów typu rurka, cienki profil U i kanał spiralny. Czas stygnięcia 9,4 - 10,0 sek.
  • Przez mniejsze przekroje kanałów uzyskano efekt szybkiego i burzliwego przepływu medium chłodzącego
  • Wolniejszy nieco odbiór ciepła zaobserwowano na powierzchni końcówek rdzeni formujących
  • Przy otrzymanej chropowatości powierzchni należy stosować odpowiednio przygotowane medium (glikol) lub wodę uzdatnioną celem całkowitego wyeliminowania procesu osadzania się kamienia kotłowego na ściankach kanałów chłodzących
  • Profil z rurką i cienki profil U mają największy potencjał jako profi le konformalnych kanałów chłodzących wykonanych metodą SLM

 

Wtrysk testowy:

W narzędziu zastosowano 4 wkładki z różnym profilem kanałów konformalnych:

  1. grube U
  2. cienkie U
  3. gruba spirala
  4. rurka

W wyniku wtrysku testowego nie zaobserwowano wyraźnych różnic w wynikach pomiędzy poszczególnymi gniazdami. Osiągnięty w tym przypadku czas cyklu to 15 sek., a czas chłodzenia ok. 9 sek. Zaobserwowano też znaczną poprawę jakości wyprasek.

Forma wkładkowa na przepusty                                    Wynik wtrysku testowego

 

Produkcja elementów formujących:

Części z kanałami konformalnymi zostały wydrukowane metodą SLM (Selective Laser Melting – Selektywne stapianie wiązka lasera) na drukarce przestrzennej typu SLM 280HL firmy SLM Solutions GmbH z Niemiec.

Drukarka pozwala na wydajne wytwarzanie detali z tworzyw metalicznych typu: stal nierdzewna, stal narzędziowa, stopy tytanu, stopy aluminium, kobalt chrom i inne metale, które da się sproszkować. Wykonywane  metodą przyrostową detale mogą być: częściami maszyn, elementami powierzchni formującej form lub wykrojników oraz implantami.

Parametry systemu:

Wymiary komory mm (WxDxH)
Moc lasera
Prędkość przyrostu
Rzeczywista grubość warstwy
Min. Szerokość ścieżki /Grubość ścianki
Średnica wiązki lasera
Prędkość skanowania
Zapotrzebowanie gazu ochronnego
podczas pracy (Ar, N2)
Zapotrzebowanie gazu ochronnego
podczas napełniania komory (Ar, N2)
Zapotrzebowanie dla sprężonego powietrza
Wymiary (mm) (W x D x H)
Waga
Parametry energii elektrycznej / zapotrzebowanie

280 x 280 x 350mm
400W lub 2 x 400W
do 55 cm3/h
20..75μm lub 100μm
150μm / 1000μm
80..120μm (laser 400W)
15 m/s
2,5..3 l/min

1700 l / 100 l/min

8573-1, 18 l/min, 1,5 bar
1900 (2400) x 1020
1000kg
400 V, 50Hz, 8kW

Drukarka 3D do metalu SLM 280

Elementy formujące z kanałami konformalnymi wykonane na zlecenie Wadim Plast w Centrum aplikacyjnym SLM Solutions w Lubece na maszynie SLM 280

Prezentacja SLM na Targach STOM w ramach Dni druku 3D w Kielcach - marzec 2016

Na górę