Что больше нравится?

Четверг, 27 Июнь 2019 14:24

Оптимизация топологии для литьевых форм

Автор 
Оцените материал
(3 голосов)

Совместно с Siemens NX Toolcraft реализовала цифровую технологическую цепочку, которая является последовательной и отслеживаемой на всех этапах процесса, что очень важно, так как компания не только производит инструменты и пресс-формы, но также производит аэрокосмические детали. Полная цепочка аддитивных процессов сертифицирована Nadcap (WLD для AM), а также системой неразрушающего контроля (Nadcap NDT).

 

Если в прошлом проектировщикам и инженерам приходилось использовать несколько программных систем для проектирования, моделирования, последующей обработки и подготовки детали к 3D-печати, Siemens NX поддерживает полный поток обработки AM, используя один формат данных для CAD / CAE / CAM и один пользовательский интерфейс. В Siemens PLM, неконтролируемый рабочий процесс является сегодня самым большим препятствием для индустриализации AM.

В неконтролируемом рабочем процессе программное обеспечение для проектирования, программное обеспечение для моделирования и программное обеспечение для подготовки печати, вплоть до процесса AM, термическая обработка, чистовая обработка, проверка и конечное использование образуют отдельную цепочку процесса, где различные этапы процесса AM не автоматизированы.

Многократное преобразование файлов и неконтролируемый рабочий процесс не обеспечивают отслеживаемость и воспроизводимость, которые необходимы для индустриализации 3D-печати. Целью должна быть автоматизация и оцифровка всего сквозного процесса.

 

 


Оптимизация топологии

Siemens NX также позволяет оптимизировать топологию, которая остается наиболее общим и мощным инструментом для разработки новых форм и концептуальных проектов. Поскольку программное обеспечение обеспечивает согласованность и отслеживаемость всех этапов процесса, разработчик может напрямую вносить изменения в оптимизированную по топологии деталь, сохраняя этап обратного моделирования (более подробная информация представлена ниже).

Toolcraft использовал оптимизацию топологии для перепроектирования существующей литьевой формы для крышки камеры с целью улучшения охлаждения и снижения веса. В результате была получена литьевая пресс-форма с оптимизированным весом, предназначенная для изготовления детали для клиента из оптической промышленности из поликарбоната.

 


Оптимизация топологии находит лучшее распределение материала для данных ограничений

Однако не так просто перепроектировать форму с использованием оптимизации топологии, как это может показаться; В то время как программное обеспечение находит наиболее эффективную конструкцию для деталей с 3D-печатью, конструктор должен учитывать различные аспекты, если он хочет создать литьевую форму с оптимизированной топологией.

 

Оригинальная форма. Стандартная форма для литья под давлением для крышки камеры, изготовленная Toolcraft, имеет размеры 125 на 125 на 130 мм и состоит из стандартных деталей, зажимной пластины, пластины формы и вкладыша формы, включая глубокие каналы охлаждения.Пресс-форма весит около 50 кг и производит литые под давлением детали из поликарбоната весом 0,27 г.

 


Подготовка данных.

Первым шагом является очистка, очистка и анализ существующих данных САПР исходной пресс-формы. Это означает, что проектировщик должен удалить большинство существующих параметров дизайна, чтобы переосмыслить существующий традиционный дизайн. Проектировщик должен начинать с нуля, мыслить аддитивно без существующих ограничений, налагаемых традиционными методами обработки, такими как фрезерование и EDM.

Следующим шагом является определение пространства сборки (конверт, определяющий допустимые пределы размеров), доступного для программного обеспечения для расчета оптимизированного проекта. Перед началом процесса оптимизации топологии необходимо определить ключевые характеристики пресс-формы, включая направляющие, каналы охлаждения, зону затвора, эжекторы и т. д.

 

 

Предварительные проработка.

При работе с оптимизацией топологии конструктор больше не работает со стандартными геометриями управления, такими как плоские области, прямоугольники и круги. Программное обеспечение генерирует наиболее оптимальный дизайн с точки зрения веса, производительности и охлаждения в соответствии с заданными граничными условиями, заданным набором нагрузок и ограничений. 

Поэтому есть несколько важных аспектов и особенностей, которые необходимо учитывать перед оптимизацией дизайна, - которые часто упускаются из виду в процессе проектирования. Помимо определения областей, которые должны быть плоскими (например, где половины формы должны закрываться), необходимо оценить постобработку.

Когда деталь покидает 3D-принтер, ее необходимо подвергать последующей обработке на обрабатывающих центрах для фрезерования или шлифования определенных областей, таких как отверстия и резьбы, до требуемых допусков и качества поверхности. Поэтому проектировщик должен планировать последующую обработку и включать приспособления и области, где деталь впоследствии может быть закреплена стандартными зажимными инструментами на станке, или создать специальные зажимные устройства, которые печатаются в одном процессе вместе с пресс-формой. Вся производственная цепочка, включая стратегии фрезерования для постобработки, должна быть эффективной и экономичной.

 

 

Оптимизация топологии.

Toolcraft рассмотрел существующую конструкцию пресс-формы с целью минимизировать вес, оптимизировать охлаждение, обеспечивая при этом давление впрыска 2500 бар и усилие зажима 150 кН. Оптимизация топологии находит лучшее распределение материала с учетом этих целей и ограничений. Он работает, принимая твердый блок материала любой формы и удаляя материал из него, чтобы минимизировать или максимизировать цель оптимизации, такую как уменьшение веса, экономия пространства или улучшение охлаждения. Сначала подготавливаются данные, то есть назначается пособие, создаются вспомогательные структуры и так далее. Затем процесс моделируется, и данные отправляются непосредственно на машину.

 

 Виртуальное моделирование

 

Виртуальное моделирование.

В отличие от некоторых других программных решений, Siemens NX допускает обратимую цепочку процессов, позволяющую быстро выполнять изменения. Согласно Domider, формат файла STL прост и удобен для вывода, но проблема с форматом STL заключается в том, что параметрические параметры теряются, и больше нет твердого тела для работы. Файлы STL описывают только геометрию поверхности трехмерного объекта без какого-либо представления цвета, текстуры или других общих атрибутов модели САПР.
В результате, изменения в виртуальной модели больше невозможны, и дизайнеру приходится возвращаться к своему программному обеспечению САПР, чтобы изменить дизайн детали. Кроме того, для программирования ЧПУ требуется формат STP (стандарт для обмена данными о продукции), который генерируется программным обеспечением CAD и обычно не может быть сгенерирован непосредственно из программного обеспечения и файлов, специфичных для AM.

 

Siemens NX решил эту проблему и обеспечивает согласованность и отслеживаемость всех этапов процесса, а разработчик может напрямую вносить изменения в оптимизированную по топологии деталь, сохраняя этап обратного моделирования.

 

Моделирование.

Для проверки результатов проектирования Toolcraft использует Simcenter Star-CCM + для точного прогнозирования реальной производительности. Инструмент моделирования фиксирует всю физику, которая будет влиять на производительность детали в течение срока ее эксплуатации. Программное обеспечение для вычислительной гидродинамики позволяет имитировать взаимодействие формы с жидкостями / жидкостями, чтобы уменьшить приближение и повысить точность конструкции.

Это помогает оптимизировать конструкцию охлаждения (конформные каналы охлаждения, оптимизированная пропускная способность, увеличение площади поперечного сечения). Simcenter также позволяет выполнять вычисления FEM и прогнозировать искажения и усадки в процессе 3D-печати и автоматически компенсирует эти отклонения.

 

Производство пресс-форм имеет долгую историю, и многие процессы стандартизированы. В результате новые подходы рассматриваются более критично, и опыт и принятие этой новой технологии и мышления в настоящее время ограничены.

Результаты показывают, что оптимизированная пресс-форма, изготовленная на Truprint 3000 от Trumpf, требует меньше времени на изготовление, меньше и на 50 процентов легче, чем оригинал. Кроме того, конформное охлаждение позволяет на 30 процентов сократить время цикла и снизить потребление энергии при литье под давлением. Итак, почему эти оптимизированные по топологии формы для 3D-печати еще не получили широкого распространения в производстве?

 

У литейной промышленности долгая история, и многие процессы стандартизированы. В результате новые подходы рассматриваются более критично, а опыт и принятие этой новой технологии и мышления в настоящее время ограничены .
Кроме того, не хватает многолетнего опыта работы с аддитивно изготовленными и оптимизированными по топологии пресс-формами.

 

Изготовители пресс-форм привыкли работать со стандартными деталями и проектировать свои пресс-формы способом, который испытан. Эти специальные инструменты, оптимизированные по весу, не всегда нужны в промышленных приложениях, так как преимущества очень часто не перевешивают дополнительные затраты.

Дополнительная информация

  • Заказчик: Организация
  • Статус: Нет исполнителя
  • Срок сдачи проекта после оплаты аванса: 01.10.2018
  • ЦЕЛЬ ПРОЕКТА: Рассказать подробней про тему проекта
Прочитано 206 раз Последнее изменение Четверг, 27 Июнь 2019 14:36
Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии