Wytwarzanie przyrostowe w technologii LPBF (laser powder bed fusion) otwiera nowe perspektywy w produkcji form i narzędzi, dzięki nieosiągalnej dla konwencjonalnych technik swobody geometrycznej. Tymczasem w wielu narzędziowniach konstruktorzy przyzwyczajeni są do wykorzystywania sprawdzonych rozwiązań, których działanie podparte jest wieloletnim doświadczeniem.
W ramach programów AdTopoTool i EWAM, inżynierowie z Instytutu Fraunhofera IWU opracowali oprogramowanie, ułatwiające projektowanie form i narzędzi pod kątem wytwarzania przyrostowego, w sposób umożliwiający osiągnięcie redukcji masy nawet przy wysokich wymaganiach dotyczących wytrzymałości termomechanicznej i zarządzania temperaturą. Przy użyciu optymalizacji topologicznej, oprogramowanie pozwala osiągnąć idealny kompromis między niską masą a wysoką sztywnością, dzięki przemyślanemu rozkładowi materiału i ulepszonemu projektowi kanałów chłodzenia.
Poddając analizie proces formowania wtryskowego opracowano numeryczną metodę niezawodnego prognozowania obciążeń i zachowania strukturalnego narzędzi poddanych oddziaływaniu wysokiej temperatury. Na tej podstawie przeprowadzono optymalizację topologii i geometrii kanałów chłodzących dla demonstracyjnych form wtryskowych. Ustalenia programu potwierdzono podczas badań laboratoryjnych na wydrukowanych przyrostowo demonstratorach technologii.
W wyniku optymalizacji topologicznej udało się zredukować masę formy o 34%, przy jednoczesnym zapewnieniu stabilności kształtu formowanych wyprasek. Wydrukowana na podstawie opracowanego projektu forma pozwoliła zmniejszyć czas wtrysku o 60%, doprowadzając przy tym, w niektórych przypadkach, do zwiększenia jakości wyprasek.
Przeprowadzone testy dowiodły poprawności przyjętych założeń. Połączenie potencjału wytwarzania przyrostowego i optymalizacji topologicznej, uwzględniającej rzeczywiste obciążenia narzędzi, wraz z konstrukcją zaawansowanego układu chłodzenia, przyczyniły się do istotnych oszczędności, zarówno jeśli chodzi o wytworzenie samej formy, jak i w przypadku produkowanych wyprasek. Prezentowane oprogramowanie zostało napisane przy użyciu uniwersalnego języka programistycznego, dzięki czemu będzie mogło zostać udostępnione jako rozszerzenie, kompatybilne z popularnymi systemami CAD.
iwu.fraunhofer.de
