Bastech demuestra el flujo de trabajo de inicio a fin de 3D Systems para enfriamiento de contorno en la inyección de plásticos, el cual disminuye el tiempo de ciclo mientras se mantienen temperaturas constantes
Desde el comienzo de la inyección en molde, mantener una temperatura en la superficie del molde ha sido un reto constante.
En el camino por mantener temperaturas optimas, las manufactureras han usado deflectores, burbujeantes y pipas de calor; han laminado los bloques juntos y agregado perforados complejos a sus moldes.
En la última década, el enfriamiento de contorno, diseñar canales de enfriamiento que naturalmente siguen los contornos de la parte a producir, se ha posicionado como la solución al control de las temperaturas en moldes de inyección. Pero el enfriamiento de contorno agrega una nueva etapa de diseño y complejidad de producción a la creación del proceso de moldes, colocándolo lejos de las posibilidades de la mayoría de los usuarios.
Metodología ganadora
Bastech, compañía de Ohio basada proporcionar “una solución”, con servicios de manufactura aditiva y venta de equipo, se ha enfrentado con problemas de altas temperaturas pero ha logrado conseguir un nuevo nivel de simpleza, eficiencia y económica en el enfriamiento conformal. La investigación de la compañía ha sido apoyada 3D Systems, dándole acceso a la más reciente tecnología de impresión en 3D.
El avance de Bastech se ha basado en dos puntos de referencia en las pruebas, las cuales son 3D Systems Cimatron, software para la creación de moldes y su ProX DMP 200, impresora de metal directo (DMP). Simulaciones para el enfriamiento conformal para los diseños de los moldes son realizadas usando Modelx3D, un compañero de 3D Systems, y los moldes completados con DMP son inspeccionados usando Geomagic Control de 3D Systems.
El proceso representa una solución de manufactura “inicio a fin” con una fácil integración entre lo digital y el mundo físico, todo apoyado por los productos de 3D Systems.
“La combinación de un software poderoso diseñado para apoyar las capacidades de impresión en 3D, con las impresoras que llevan una parte de completo y denso metal con superficies suaves y post procesador limitado, provee una metodología de “roca sólida” para la construcción de moldes personalizados”, dice Ben Staub, Bastech, CEO.
Análisis y diseño automático
El primer punto de partida de Bastech fue comparar dos partes similares en términos de volumen, tamaño y configuración de diseño. Una fue diseñada con un núcleo conformal y molde impreso en 3d, la otra fue diseñada con una configuración hueca espiral estándar y manufacturada para usos convencionales.
El diseño de enfriamiento conformal fue creado con Cimatron, software experto en CAD/CAM que cubre una entera parte del ciclo de creación de moldes a mención del diseño, aplicando los cambios de ingeniería, programación CNC y EDM. Las versiones más recientes de Cimatron incluyen, diseño de enfriamiento y capacidad de análisis que soportan tanto, taladrado tradicional para el canal de enfriamiento y canales de enfriamiento para manufactura usando tecnología de impresoras 3D.
Mediante una integración con Modelx3D, los diseñadores de moldes de inyección que trabajaron con Cimatron tuvieron la posibilidad de desarrollar análisis automatizado de llenado de moldes para optimizar el diseño de canales de enfriamiento.
“La combinación de Cimatron y Moldex, proporciona un apoyo a ingenieros con menos experiencia para crear diseños con mejor calidad”, dice Staub. “Esta es una consideración importante ya que la demanda de fabricantes experimentados de herramientas es mucho mayor que un suministro menguante “.
“Diseñar para impresión en 3D requiere entendimiento del soporte estructural para realizar diseños basados en requerimientos verdaderos, como reducir el costo de material y el tiempo de construcción”, agrega Scott Young, Ingeniero gerente de Bastech. “Este tipo de práctica se hace con el software Cimatron que permite a nuestros diseñadores pensar en el diseño sin tener que preocuparse en la navegación por el paquete del CAD para definir canales internos complejos.
Ahorros grandes en tiempos de ciclos
El primer diseño de Bastech fue punto de partida fue la hélice cónica, que fue posicionada dentro de un espacio cónico, utilizada para ensambles industriales. Los canales de enfriamiento conformal fueron creados para rotar en configuración de gota en una de las paredes paralelas a la superficie exterior del núcleo mientras se mantiene una distancia contante de ella.
Corriendo la sección de cruz por la hélice cónica, Bastech logro diseñar una geometría que la ProX DMP 200 pudo construir en una sola sesión.
El diseño para el molde impreso en 3D tomo dos días y fue construido en la ProX DMP 200 en tres días. Para maximizar la productividad, Bastech combino la sesión de impresión en 3D para el molde con otras partes de proyectos de Bastech.
La ProX DMP 200 es una alternativa efectiva en costo al proceso tradicional de manufactura, ofreciendo un desperdicio reducido, mejores velocidades para la producción, acortar el tiempo, partes con metal denso y la posibilidad de producir ensambles complejos en una sola parte.
“Es una herramienta que mejora nuestras capacidades en el moldeado” dice Staub. “Nos proporciona herramentales más rápidos y soluciona problemas de “cuello de botella”. Podemos ahorrar entre 30 a 40 horas por molde, eliminando EDM y taladrado, y drásticamente reducir trabajo en CNC y pulido.
Para el flujo en reversa del núcleo con hélice, el diseño y el análisis en el software de Cimatron, combinado con impresiones 3D en la ProX DMP 200, ahorraron más de 40 horas de programación y tiempo de compra. Cuando todos los costos fueron tomados a consideración, el núcleo impreso en 3D proporciono ahorros de hasta 18% en relación con los métodos convencionales, de acuerdo con Young.
Más importante, el enfriamiento conformal de moldes, mantuvo una temperatura menor durante la sesión y un ciclo reducido por 22%.
“El tiempo del ciclo es casi todo con relación a la inyección en molde, con la posibilidad de un consistente control de temperatura cercano casi un segundo”, dice Staub.
“Entre más temperatura consistente podamos contener, mejor será la calidad de las partes de los moldes”, dice Young. “Eliminar el pandeo mediante variación de temperatura y bajando el tiempo de ciclo, representa una enorme ganancia en desempeño.”
Ahorros más allá de núcleo
En un segundo punto de partida, Bastech fue más allá del diseño del núcleo de contorno, se programó para impresión la cavidad y el molde deslizable. En este caso, la meta fue mantener las mismas temperaturas entre los diseños convencionales y lo conformales para ver cómo afectaría al enfriamiento y los resultados de tiempo de ciclo.
Una vez más, la mejora del ahorro del tiempo fueron grabados por programación, maquinado y pulido, y EDM fue completamente eliminado en el diseño de enfriamiento conformal. La automatización con el software Cimatron redujo el tiempo de diseño de 30 horas a solamente siete para el enfriamiento conformal del molde. Un ahorro del 16%.
El tiempo de enfriamiento fue reducido de 10-5 segundos para el molde convencional a 7.5 segundos para el molde conformal, y en general en el ciclo, el tiempo fue reducido por un 14%.
“Aunque la temperatura se mantuvo igual para ambos, el diseño de enfriamiento convencional y el de contorno, el diseño de contorno forzó más líquido a pasar por un área de superficie mayor, haciéndolo más eficiente en el enfriamiento del molde”, dice Young.
Impacto en el proceso
“El deseo por mejores técnicas de enfriamiento han estado ahí desde hace tiempo”, dice Young. “Ahora nosotros tenemos el software para ayudar a los creadores de moldes a tomar mejores decisiones sobre cómo se deben poner las cavidades, nucleos e insertos, entonces hacerlos realidad con impresión 3D en metal.”
“Con el método tradicional de enfriamiento para moldes de inyección, no hay una situación perfecta”, dice Staub. “Tú puedes solamente taladrar en ciertos lugares y no puedes hacer curvos los agujeros alrededor de los canales como con el método de enfriamiento conformal diseñado en impresión 3D. Ahora ya no tenemos que aceptar los compromisos de diseños de enfriamiento conformal.”
Bastech compro el sistema ProX 200 DMP mediante una concesión del estado de Ohio y la universidad de Instituto de investigación de Dayton, así que parte de la misión de la compañía fue, compartir los resultados con una comunidad industrial. Staub espera que los esfuerzos de Bastech demuestren a sus clientes de todos los tamaños que las soluciones de 3DSystems funcionan y que ayudan de inicio a fin para el correcto diseño e implementación de enfriamientos de contorno.
“Muchos creadores de herramientas necesitan adoptar estas tecnologías en 3D para mejorar sus productos”, él dice. “Queremos compartir nuestros logros para que otros proveedores puedan no solamente ver que se puede lograr pero que se puede lograr en una manera que tiene un impacto mayor”.
Las soluciones de Impresión 3D, Escaneo e Inspección dimensional de 3DSystems están disponibles en México por con su distribuidor oficial Tecnologías y Soluciones Tridimensionales SA de CV.
Caso de éxito publicado por 3DSystems.