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Les temps d’injection courts sont cruciaux pour la rentabilité dans l’industrie de l’outillage, en particulier dans le cas des moules à injection. Zahoransky AG, un fabricant allemand, avait besoin d’un insert de moule à huit alésages avec bagues. Lisez l’étude de cas pour comprendre comment AddUp a amélioré le refroidissement des inserts sur un moule en utilisant la technologie AM, tout en augmentant les performances du moule et en réduisant le temps de production.

INDUSTRIE

Outillage

CHALLENGE

Améliorer le refroidissement des inserts sur un moule imprimé en 3D, tout en augmentant les performances du moule et en diminuant le temps de production.

KEY BENEFITS

• Moule prêt à l’emploi après traitement thermique
• Refroidissement au plus proche des parois
• Réduction du temps et du coût de production

FORME COMPLEXE

INTEGRATION DE FONCTIONS

TEMPS DE PRODUCTION

PERFORMANCE

Histoire

Dans l’industrie du moule, et plus particulièrement dans le cas des moules à injection, les temps d’injection courts sont cruciaux pour la rentabilité. Ils déterminent le nombre de presses à injecter et de moules nécessaires, ainsi que le prix final de la pièce. Le système de refroidissement qui se trouve à l’intérieur a la plus grande influence sur ces temps. Aujourd’hui, les canaux de refroidissement sont encore souvent réalisés de manière conventionnelle par perçage en 2D et ne peuvent pas toujours être proches du contour du moule et donc refroidir uniformément et rapidement.

Zahoransky AG,, dont le siège social se trouve à Todtnau-Geschwend, dans le Bade-Wurtemberg, est un fabricant de moules à injection, de machines de conditionnement sous blister et d’équipements de production. Zahoransky est le leader mondial de la fabrication de moules et d’outils pour l’industrie des brosses à dents. Environ 80 % des moules de brosses à dents du monde proviennent de Zahoransky.

Le défi technologique

Zahoransky avait besoin d’un insert de moule muni de huit alésages avec bagues. Jusqu’à présent, ceux-ci devaient être correctement refroidis et l’étanchéité était réalisée grâce à des joints toriques (O-ring). Le défi consistait à améliorer le refroidissement des inserts à l’aide de la technologie additive de manière à augmenter considérablement les temps de cycle et la productivité des moules. L’assemblage complexe des joints toriques devait être éliminé, permettant ainsi une réduction des coûts de fabrication.

La qualité des pièces devait être maintenue à son plus haut niveau. En outre, les moules devaient être construits avec un matériau en acier qualifié pour le moulage par injection et présentant une forte résistance à la corrosion et à l’usure.

Solution

AddUp a optimisé les canaux de refroidissement et a conçu un design aussi proche que possible des contours originaux en utilisant les options de la fabrication additive. Il était particulièrement important que tous les canaux aient la même longueur et la même capacité de refroidissement pour en assurer l’uniformité en cours d’utilisation. AddUp a utilisé un logiciel de simulation pour optimiser et assurer un refroidissement précis et uniforme dans ce moule.

Ensuite, le moule a été imprimé en 3D sur la FormUp ® 350 Nouvelle Génération d’AddUp en mettant en place une stratégie de construction additive faisant appel à 4. Ce moule a été imprimé en seulement 30 heures.

Résultat

AddUp a considérablement réduit le temps de production de ce moule par rapport au temps de fabrication traditionnel. Le post-traitement de ce moule a également été diminué grâce au système de mise en couche par rouleaux proposé par la FormUp 350.  L’association unique de poudre fine et de rouleau de cette machine offre un état de surface supérieur, ce qui évite une longue phase de post-traitement de la pièce. Le moule a été imprimé en utilisant un matériau en acier 1.2709/Margin300. Ce matériau est un acier à outils qualifié offrant une bonne durée de vie au moule.

Zahoransky s’est dit satisfait de la qualité du moule ainsi que du délai de production. La prochaine étape de ce projet est la fabrication d’un autre prototype avec des optimisations supplémentaires et dans un nouvel acier à outils 1.2083/PM420. Ce nouveau matériau est un acier qualifié pour le moulage par injection largement utilisé et qui offre une bonne résistance à la corrosion et à l’usure.

Amélioration des points chauds des moules d’injection pour des capacités de refroidissement optimales avec la fabrication additive

INDUSTRY

Tooling & Molding

CHALLENGE

Improving injection mold hotspots for optimal cooling capabilities with additive manufacturing.

INCREASED PRODUCTIVITY

REDUCED MANUFACTURING TIME

CONFORMAL COOLING

L’histoire

En tant que leader allemand de la fabrication de modèles et de moules, Siebenwurst offre à ses clients bien plus qu’un bon moule. Elle associe la tradition à la haute technologie et propose des solutions complètes intelligentes et innovantes.

Depuis plus d’un siècle, Siebenwurst est synonyme de la plus haute qualité dans la fabrication de modèles et de moules. dans la fabrication de modèles et de moules et fournit des outils parfaits, du modèle de conception à la production en série. Les méthodes et technologies de fabrication modernes garantissent une production d’outils aussi rapide que possible. Les premières applications d’outillage AM ont été développées et évaluées avec AddUp au cours des deux dernières années.

Défi

La conception conventionnelle des systèmes de refroidissement atteint ses limites avec les pièces moulées critiques en raison de la complexité de la géométrie. Par conséquent, il est difficile, avec un refroidissement interne conventionnel, de refroidir suffisamment et uniformément toutes les sections du contour. Cela peut conduire à une distribution inhomogène de la température dans l’application et à l’apparition de points chauds dans la pièce.

Les points chauds sont un facteur critique dans la détermination du temps de cycle et de la qualité de la production, et doivent être évités pour obtenir de bons résultats. Si les moules sont insuffisamment tempérés et que l’on souhaite obtenir la même qualité, le temps de cycle augmente et le moule devient inévitablement moins productif.

La solution

La fusion en lit de poudre permet de nouvelles libertés de conception que l’usinage conventionnel ne pourrait jamais toucher. Les moules peuvent être construits avec des circuits de refroidissement parallèles qui suivent les contours de la surface du moule, quelle que soit la forme de la pièce finale. . Ce nouveau style de circuits de refroidissement est connu sous le nom de refroidissement conforme.

La conception du refroidissement conforme permet de réduire la section des canaux. En effet, plusieurs canaux peuvent se dérouler en parallèle de l’entrée à la sortie, ce qui permet de couvrir la surface du moule de manière homogène. Les canaux peuvent être facilement conçus pour s’adapter parfaitement aux zones complexes du moule. La durabilité et la fabricabilité des moules devraient être comparables à celles de la méthode conventionnelle, voire meilleures.

Bien que la production additive de l’outil lui-même soit parfois plus coûteuse que s’il était fabriqué par d’autres méthodes, ce coût supplémentaire sera récupéré dans la production de la pièce finale grâce à l’augmentation de la productivité et de la longévité de l’outil.

Processus

Afin d’exploiter au maximum les avantages de l’impression 3D, la vanne à glissière a dû être redessinée et le fichier CAO modifié . La nouvelle conception intègre un système de circuits de refroidissement équilibrés avec des canaux individuels disposés en parallèle. . Cette approche permet au liquide de refroidissement de s’écouler plus près des éléments à refroidir, quelle que soit leur forme. . Les taux de refroidissement seront plus rapides, mais aussi plus homogènes sur l’ensemble de la pièce parce que les canaux sont à une distance constante de ces caractéristiques. En d’autres termes, il n’y a plus de points chauds.

Le flux de travail de la fabrication additive nécessite également quelques ajustements du modèle CAO. Les références et les surfaces de serrage qui seront utilisées dans les processus d’usinage en aval doivent être incorporées dans le modèle. Ces caractéristiques peuvent devoir être ajustées lorsque la conception de la pièce change.

Production

Les inserts de tête de glissière sont imprimés avec la configuration de machine suivante :

• FormUp 350 avec 4 lasers
• Acier à outils 1.2709 / Maraging 18Ni300 (46-50HRC)
• Poudre fine (5-25µm)
• Technologie de rechargement des rouleaux

Différentes formes de glissières sont nécessaires pour un outil, toutes les 8 s’adaptent à une plate-forme de construction FormUp (350x350mm) avec de l’espace pour les spécimens d’essai. Ainsi, grâce à la grande plaque de construction et aux 4 lasers, tous les inserts peuvent être imprimés en un seul travail de production. La réalisation de toutes les pièces nécessaires en une seule fois permet de réaliser des économies considérables en termes de temps et de coûts liés à la mise en route de l’imprimante.

La technologie de revernissage à rouleaux permet d’utiliser une poudre fine qui s’agglomère lorsqu’elle est associée à un dispositif de revernissage à lames ou à raclettes plus courant. L’utilisation d’un rouleau est unique à AddUp.

Le revêtement au rouleau offre l’avantage d’obtenir les meilleures qualités de surface et de contour grâce à un meilleur compactage et à une distribution uniforme des différentes couches de poudre. Pour cette application, Siebenwurst a pu réduire considérablement ses processus de finition de surface, ce qui lui a permis de réaliser 42 % d’économies dans ce domaine.

Pour cette pièce, la qualité du contour est un autre point important, l’objectif étant de réduire au minimum le post-traitement avec le moins d’écart géométrique possible.

La boîte de délimitation de la pièce est de 100x65x50 mm3 et l’écart maximal par ^rapport à la définition du contour est de 0,12 mm. Siebenwurst a réalisé la reprise complète des vannes et l’échantillonnage des pièces en plastique. Le dimensionnement et l’usinage de finition précédents ont parfaitement fonctionné et l’échantillonnage a pu être réalisé sans problème dans l’outil d’origine.

Les images suivantes montrent la surface générée et la précision du contour imprimé.

Results

Early trials show the maximum temperature recorded at the insert dropping by 16°C, a clear mark of improvement and a sign that the hot spot was eliminated in the new design. The printed part held to the expected geometric tolerance and allowed for a significant reduction in surface finishing expenses. As the study continues, cycle time and tool longevity will be studied as well.

The success of this project inspired further cooperation between AddUp and Siebenwurst in the near future, and has opened the doors for Siebenwurst to pursue more AM applications.

• Reduction of the slide valve temperature from 62°C to 46°C

• Elimination of temperature hotspot in slide gate area

• Surface finishing cost reduction of 42%