3D Systemsのソフトウェアとハードウェアがコンフォーマル冷却技術と組み合わされ、開発の黄金期が到来

この投稿は、Little Soft Bear によって 2016-8-3 16:32 に最後に編集されました。

射出成形用金型の開発が始まって以来、生産工程中に金型を一定温度に保つ方法は常に人々が直面する大きな課題でした。一定の温度環境を維持するために、メーカーは防水シート、ディスペンシングポート、ホットランナー、さらにはマルチプレート構造を使用して複雑な穴あけ加工を強化してきました。

10 年以上にわたり、コンフォーマル冷却 (部品の輪郭に沿って冷却チャネルを設計する) は、射出成形中の温度環境を制御するソリューションとして考えられてきました。しかし、コンフォーマル冷却は金型製造の設計の難しさと製造の複雑さを増すため、ほとんどの工場では使用をためらっています。しかし、3Dプリント技術の急速な発展により、この冷却方法に最適なソリューションが提供されるでしょう。

アメリカの企業である Bastech は、射出成形プロセス中のコンフォーマル冷却に 3D Systems のエンドツーエンドソリューションを使用しています。これにより、金型温度を一定に保ちながら射出成形時間を短縮でき、設計と製造時間の短縮によって大きなメリットが得られました。
絶対に信頼できる方法
Bastech はオハイオ州に拠点を置き、付加製造サービスと機器販売のワンストップソリューションを提供する企業です。 Bastech は、一定の温度を維持する方法を見つけるために懸命に取り組んでおり、よりシンプルで効率的かつ経済的な解決策を見つけたと考えています。 Bastech は 3D Systems の認定ゴールドパートナーであり、同社の研究活動は 3D Systems から多大な支援を受けており、同社は最新の 3D 印刷技術と専門知識を提供しています。

最近の 2 つのテスト結果からもわかるように、Bastech はこの分野で画期的な進歩を遂げました。 3D Systems の Cimatron™ 金型作成ソフトウェアと ProX® 200 金属プリンターをベースにしています。コンフォーマル冷却シミュレーション設計は、3D Systems のパートナーである Moldex3D のソフトウェアを使用して実行され、DMP 金属印刷部品は 3D Systems の Geomagic® Control ソフトウェアを使用して検査されました。

Cimatron™ 金型を使用して設計および製造された複雑なコンフォーマル冷却チャネルにより、射出時間が 14%、総コストが 16% 削減されました。

製造プロセスは、仮想デジタル世界と現実の物質世界を完全に統合するエンドツーエンドの製造ソリューションであり、これらはすべて 3D Systems 製品によって実現されます。

「このソフトウェアの強力な設計機能は、3D 印刷機能を最大限に活用し、後処理をほとんど必要としない滑らかな表面を持つ高密度の金属部品を印刷し、カスタマイズされた冷却チャネルを備えた金型を製造するための絶対的に信頼できるソリューションを提供します」と、Bastech の CEO である Ben Staub 氏は述べています。

自動化の設計と分析
Bastech の最初のテストは、サイズ、寸法、デザインが非常に似ている 2 つの部品を比較することでした。コンポーネントの 1 つには 3D プリントされたコンフォーマル冷却チャネルコアがあり、もう 1 つは従来の方法で製造された標準的なスパイラルバッフル構造です。

コンフォーマル冷却設計には Cimatron ソフトウェアが使用されました。 Cimatron は、見積もりから設計、エンジニアリングの変更、NC および EDM プログラミングまで、金型製造の全サイクルをカバーするプロフェッショナル CAD/CAM ソフトウェアです。 Cimatron の最新バージョンには、従来のドリル加工冷却チャネルと 3D 印刷技術を使用して作成されたコンフォーマル冷却チャネルの両方をサポートする冷却設計および解析機能が含まれています。

Moldex3D の統合により、Cimatron の射出成形金型設計者は射出成形プロセスを自動的に分析し、冷却チャネルのレイアウトを最適化できます。

スタウブ氏は、Cimatron と Moldex の完璧な統合により、経験の浅いエンジニアでもより優れた設計を作成できるプロ仕様のソフトウェアが誕生したと語った。現在、経験豊富な職人の需要が供給を上回っているため、このソフトウェアはまさにタイムリーです。

Bastech のエンジニアリングマネージャーである Scott Young 氏は、3D プリント設計では、顧客のニーズに最も適した設計を作成し、材料コストと印刷時間を削減するために、構造サポート設計を理解する必要がある、と付け加えました。この専門知識は Cimatron ソフトウェアに組み込まれているため、当社の設計者は複雑な内部水路を見つけるために CAD パッケージ内を移動する必要がなくなり、設計に集中できるようになりました。

時間を大幅に節約し、配送サイクルを短縮します<br /> 円錐スパイラルは、Bastech の最初のベンチマークオブジェクトであり、宇宙空間の円錐の内部に位置し、主に工業用組み立てに使用されます。コンフォーマル冷却チャネルは、らせん状の一端がコアの外面と平行になり、そこから一定の距離を保つように涙滴型構造を回転させることによって作成されます。 Baste は、断面を先細りの螺旋に沿って回転させることにより、この複雑な形状を設計することができ、その後 ProX DMP 200 プリンターで 1 回で成形できるようになりました。

3D プリントの金型を設計するのに 2 日かかり、その設計を ProX DMP 200 プリンターで印刷するのに 3 日かかりました。生産性を最大化するために、Bastech は金型の 3D プリントを Bastech のエンジニアリングに必要な他の部品と完全に統合しました。

3D Systems のステレオリソグラフィー技術とマルエージング鋼を使用して ProX® DMP 200 プリンターで印刷されたコンフォーマル冷却チャネルを備えたコアインサート。

ProX DMP 200 プリンターは、従来の製造プロセスに代わるコスト効率の高いプリンターであり、廃棄物を削減し、製造を高速化し、準備時間を短縮し、高密度の金属部品を製造し、複雑なコンポーネントを印刷することができます。

これは鋳造能力を向上させるツールだとスタウブ氏は語った。これにより、ターンアラウンド能力が向上し、工場で発生するボトルネックの問題を解決できます。 ProXDMP 200 の使用後、EDM とドリル加工のプロセスが直接排除され、金型製造ごとに 30 ～ 40 時間の時間が節約され、CNC と研磨作業の量が大幅に削減されました。

逆流スパイラルコアは、Cimatron ソフトウェアを使用して設計および解析され、ProX DMP200 プリンターを使用して 3D プリントされたため、プログラミングと加工にかかる時間が 40 時間以上節約されました。ヤン氏は、すべてのコストを考慮すると、3Dプリントされたスパイラルコアは、従来の方法で製造されたスパイラルコアと比較して、純額で1,765ドル（18％）の節約になると述べている。

さらに、コンフォーマル冷却金型は動作中に低温に保たれ、サイクル時間を 22% 節約できます。
射出成形ではサイクルタイムが最も重要であり、温度を一貫して制御する能力がそれに次ぐとスタウブ氏は述べた。
ヤン氏は、温度制御が安定すればするほど、鋳造部品の品質が保証されると語った。温度変化による変形がないため、サイクルタイムが短縮され、金型の性能が大幅に向上します。

適応型冷却によるコスト削減 2 回目のベンチマークテストでは、Bastech は完全なコア、キャビティ、ランプで構成される金型アセンブリを設計し、3D プリントしました。このテストでは、従来の設計の金型をコンフォーマル設計の金型と同じ温度に保ち、冷却とサイクル時間にどのように影響するかを確認することが目的でした。

結果は、コンフォーマル冷却設計プロセス中にプログラミング、機械加工、研磨の時間が大幅に短縮され、EDM プロセスが完全に排除されることを示しています。 Cimatron ソフトウェアにより、コンフォーマル冷却金型の設計時間が 30 時間からわずか 7 時間に短縮され、3D プリントされた金型のコストは 16% 削減され、約 2,505 ドルになりました。

従来の金型の冷却時間は 10.5 秒ですが、コンフォーマル金型の冷却時間はわずか 7.5 秒で、サイクル時間が 14% 短縮されます。

従来の冷却設計とコンフォーマル冷却金型設計の温度が同じであっても、コンフォーマル冷却設計ではより多くの液体がより広い表面積を流れるため、金型をより効率的に冷却できるとヤン氏は述べた。

収益に多大な影響ヤン氏は、「人々は長い間、より優れた冷却技術を求めてきましたが、現在、金型メーカーがキャビティ、コア、インサートの位置をより適切にレイアウトし、直接金属印刷技術を使用して設計を印刷するのに役立つソフトウェアがあります」と述べました。

スタウブ氏は、従来の冷却技術は射出成形にとってこれ以上の解決策はないと述べた。 3D プリントされたコンフォーマル冷却チャネルのようにどこにでも穴を開けられるわけではなく、特定の場所にしか穴を開けることができません。最後に、適応型冷却設計において妥協する必要がなくなりました。

Bastech はオハイオ州立大学とデイトン大学研究所から ProX 200 DMP プリンターを購入する資金提供を受けており、その研究結果を業界と共有することが同社の使命の 1 つとなっています。 Staub は、Bastech のベンチマークによって、あらゆる規模の工場に、コンフォーマル冷却を実装するための堅牢なエンドツーエンドのソリューションが存在することが実証されることを期待しています。

同氏は、多くの工具メーカーが業務改善のために3D技術を採用するだろうと述べた。私たちは、私たちの成功を他の工場と共有し、3D テクノロジーが彼らに成功をもたらすだけでなく、この成功が彼らに大きな影響を与えるであろうことを知らせたいと思っています。

出典: 3D Systems
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