В современном производстве пластмассовых деталей и изделий эффективное изготовление ключевой оснастки — пресс-форм, зачастую играет решающее значение для обеспечения конкурентоспособности процесса.
Применение аддитивного построения (3D-печати) для изготовления пресс-форм.
Пресс-формы активно применяются для промышленного изготовления следующей продукции:
- Пластмассовые автомобильные детали — элементы отделки салона и функциональные детали.
- Бытовая техника — корпуса, функциональные и ресурсные детали.
- Электроинструмент — корпуса и упаковка.
- Косметическая упаковка — вкладки, фиксирующие вставки в картонную упаковку.
- Медицинские товары, особенно одноразовые пластмассовые изделия.
- Упаковка потребительских товаров — вкладки, шаблоны и т.п.
Болевые точки традиционного производства по пресс-формам:
- Время охлаждения составляет до 60% цикла формования. Обычная скорость охлаждения формы слишком низкая, что влияет на стоимость производства и цикл изготовления.
- Температура отверждения и кристалличность полимерных материалов плохо контролируются, что влияет на качество поверхности.
- Большой температурный градиент и неравномерная усадка приводят к деформации и остаточному напряжению.
Традиционные методы охлаждения имеют существенные недостатки:
- Канал охлаждения можно изготовить глубоким сверлением, в этом случае оно ограничено формой и размером вставки.
- Можно изготовить перегородку охлаждения, в этом случае плохая надёжность.
- Можно использовать раздельную сварку, в этом случае высокая стоимость и низкий выход.
ВЫХОД — ПРИМЕНЕНИЕ АДДИТИВНОГО ПОСТРОЕНИЯ (3D-ПЕЧАТИ) ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕСС-ФОРМ
В обычных пресс-формах для пластика чаще всего используются прямые охлаждающие каналы, причём охлаждающий эффект в некоторых местах не идеален.
01| 3D-печатные и традиционные каналы охлаждения пресс-форм
В 3D-печатных формах отсутствует слепая зона охлаждения, которая может улучшить эффективность охлаждения, сократить время охлаждения и повысить эффективность впрыска. Расстояние между охлаждающим каналом и поверхностью полости матрицы является постоянным, что эффективно улучшает равномерность охлаждения, уменьшает деформацию основы изделия и улучшает качество изделия.
02| 3D-напечатанная вставка со сложным каналом охлаждения
Преимущества:
- Канал охлаждения может быть наслоён вдоль контура изделия.
- Высокая точность и надёжность канала охлаждения.
- Простота рабочей процедуры и высокая скорость обратной связи при проектировании и изготовлении.
Этапы аддитивного построения пресс-формы
03| Этапы аддитивного построения пресс-формы
- Анализ методом CAE Moldflow для выявления точек нагрева.
- Профессиональное проектирование канала конформного охлаждения.
- Тщательно продуманный процесс 3D-печати и технология последующей обработки.
Преимущество эффективности:
Сокращение цикла охлаждения форм для литья под давлением: эффективность производства пресс-форм с использованием 3D-печатных деталей, как правило, можно увеличить на 20-40%. Эффективность охлаждения 3D-печатных частей пресс-форм с каналами конформного охлаждения очень высока. Пресс-форма для литья под давлением с дополнительным водяным каналом отличается более равномерным охлаждением, меньшей степенью деформации изделия после извлечения из пресс-формы и большей стабильностью размеров.
Преимущество материала:
Срок службы стальных деталей пресс-форм, изготовленных методом 3D-печати металлом, выше, чем у обычных стальных пресс-форм, что обусловлено улучшением печатного материала; его твёрдость по Роквеллу составляет HRC 48-52, что больше, чем у обычной предварительно закалённой стали — HRC 34. После массовой проверки у клиентов срок службы металлических 3D-печатных пресс-форм был признан удовлетворительным.
3D-печать вставок охлаждения пресс-форм для литья автомобильных деталей
Существующие проблемы:
- Объем производства большой, но цикл охлаждения слишком длинный из-за специфической формы вставки.
- Температура вставки пресс-формы слишком высокая, что приводит к окислению поверхности и сокращению срока службы.
- Температура поверхности изделия слишком высокая, что приводит к появлению морщин, апельсиновой корки и сильной деформации.
Решение для 3D-печати:
Проектирование канала конформного охлаждения с 3D-печатными вставками для сокращения цикла охлаждения.
04| Проектирование канала конформного охлаждения с 3D-печатными вставками для сокращения цикла охлаждения
Результаты оптимизации:
- Температура корпуса вставки снижена со 120 °С до 50 °С.
- Цикл охлаждения изделия значительно сокращается: первоначальный цикл охлаждения сокращается до 45 секунд со 120 секунд, т.е. на 62,5%, а эффективность производства повышается в 2,5 раза.
- Поверхность изделия полностью соответствует требованиям и не имеет дополнительных деформаций.
Литье автомобильных деталей — наклонная верхняя часть
Существующие проблемы:
- Тепло собирается в верхней части наклона, куда невозможно добавить обычный канал охлаждения.
- Заготовка имеет специальную форму и не допускает обработку после прямой печати.
Решения для 3D-печати:
- Добавление канала конформного охлаждения в наклонную верхнюю часть: создание оптимальных решений для канала охлаждения на основе точек нагрева изделия.
- 3D-печать канала на существующем основании: использование основания для печати в качестве точки отсчёта для окончательной обработки и размещение канала на основании, чтобы обеспечить позиционирование печатаемой детали.
05| 3D-печать канала на существующем основании
Результаты оптимизации:
- Использование 3D-печатного канала охлаждения позволило сократить производственный цикл.
- Время охлаждения: сократилось с 52 секунд до 36 секунд.
- Температура охлаждения: снизилась со 183 градусов до 62 градусов.
- Послойная 3D-печать значительно облегчает чистовую обработку.
Аддитивное построение пресс-формы для турбин
Существующие проблемы:
- Продукт имеет большую толщину стенок и не имеет охлаждающих каналов, распределённых в многочисленных глубоких полостях, что приводит к длительному времени охлаждения и низкой эффективности производства.
- Традиционная конструкция канала охлаждения имеет ограничения: охлаждение продукта происходит неравномерно, а разность температур так велика, что приводит к серьёзной деформации изделия и низкому выходу продукции.
Решения для 3D-печати:
- Сократить время охлаждения и повысить эффективность производства за счёт 3D-печати канала конформного охлаждения вблизи поверхности изделия.
- Благодаря расположению канала в глубокой полости уравновешивается общая температура пресс-формы, обеспечивая равномерную усадку после охлаждения, уменьшая деформацию и улучшая выход готовой продукции.
06| 3D-печать канала конформного охлаждения вблизи поверхности изделия
Результаты оптимизации:
- Время охлаждения: сократилось с 62 секунд до 36 секунд.
- Температура охлаждения: снизилась с 178 °С до 109 °С.
- Градиент температуры: снизился с 39 °С до 11 °С.
Аддитивное построение пресс-формы крышки флаконов для косметики из ПЭТГ
Существующие проблемы:
- При использовании материала ПЭТГ температура формы высокая, возникает проблема прилипания, изделие мгновенно прилипает, а выход продукции низкий.
Решения для 3D-печати:
- Модель перевёрнутой пресс-формы с обогреваемым литником: значительно улучшает проблему охлаждения, вызванную инверсией горячего потока.
07| Модель перевёрнутой пресс-формы с обогреваемым литником
Результаты оптимизации:
- После использования 3D-печатного канала охлаждения эффективно решается проблема прилипания и значительно повышается качество поверхности изделия.
- Значительно повышается производительность при литье под давлением.
- Сокращается цикл формования на 25%.
3D-печать пресс-формы для литья лопаток
Существующие проблемы:
- Эффект охлаждения не является равномерным, изделие подвержено проблемам с качеством, таким как деформация и коробление.
- Градиент температуры слишком велик, а механические свойства продукта нестабильны.
Решения для 3D-печати:
- 3D-печать канала конформного охлаждения, который соответствует стенке.
- 3D-печать равномерно распределённого канала конформного охлаждения.
- Необходимо закладывать небольшой припуск на обработку, чтобы уменьшить расход материала и время обработки, а также сократить цикл изготовления пресс-формы.
08| 3D-печать пресс-формы для литья лопаток
Результаты оптимизации:
- Обеспечение равномерной усадки изделий и значительное повышение эффективности производства.
- Уменьшение температурного градиента, хорошая стабильность механических свойств, улучшение качества продукции.
- Время охлаждения сократилось с 35 до 24 секунд, то есть эффективность повысилась на 31%.
Аддитивное построение пресс-форм для инструментов — ручки
Существующие проблемы:
- Большой объем продукции требует более кратковременного цикла.
- Изделие представляет собой глянцевую деталь, поэтому для получения степени полировки А2 требуется обработанная пресс-форма.
Решения для 3D-печати:
- Разработка канала конформного охлаждения для сокращения производственного цикла.
- Улучшение процесса 3D-печати для достижения степени полировки А2.
09| Разработка канала конформного охлаждения
Результаты оптимизации:
- Время охлаждения: сократилось с 35 секунд до 20 секунд.
- Градиент температуры: снизился с 43 градусов до 7 градусов.
- Процесс зеркальной полировки отвечает требованиям заказчика к полировке.
Аддитивное построение пресс-форм для инструментов — соединители
Существующие проблемы:
- Обогреваемый литник питается при высокой температуре и требует длительного времени цикла.
- Вставка литниковой втулки имеет тонкую стенку в зоне специальной формы.
Решения для 3D-печати:
- Улучшение способа разделения литников: определение подходящего метода разделения вставки на основе таких факторов, как прочность заготовки, механическая обрабатываемость и циркуляция 3D-печатного канала охлаждения.
- Оптимизация способа проектирования канала: канал в частично более тонкой зоне заменяется на эллипс, чтобы обеспечить постоянство поперечного сечения канала охлаждения.
10| Аддитивное построение пресс-форм для соединителей
Результаты оптимизации:
- Цикл литья: сокращение на 25 %.
- Время охлаждения: сократилось с 20 секунд до 15 секунд.
- Температура охлаждения: снизилась с 82 градусов до 54 градусов.
- Скорость деформации изделия: уменьшение на 0,5 мм.
Аддитивное построение пресс-форм и инструментов — выводы
Высокое качество
Разработанная с использованием высокоточных параметров и высокоточной печати, данная технология обеспечивает лёгкое изготовление канала конформного охлаждения пресс-формы, улучшает методы охлаждения и повышает качество изделия.
Рентабельность
Благодаря полному отсутствию отходов производственных материалов эффективность производства увеличилась более чем на 35%.
Коэффициент отдачи
Замена рабочей силы интеллектуальным оборудованием значительно снижает нестабильность, вызванную не полностью контролируемыми факторами, такими как текучесть кадров, обучение начинающих и ошибки в руководстве.
Высокая эффективность
Замена рабочей силы интеллектуальным оборудованием значительно снижает нестабильность, вызванную неконтролируемыми в полной мере факторами, такими как текучесть кадров, обучение начинающих и ошибки в руководстве.
Трудовые ресурсы
3D-печать может высвободить большое количество энергии для администрации компании, сократить инвестиции в персонал, занятый в проектировании и производстве.
Тенденция рынка
Обеспечить более приемлемое решение для повышения эффективности и качества рынка пресс-форм и, в то же время, воспользоваться бизнес-возможностями и улучшить позиции на рынке для клиентов.
