Konformno hlajenje pri brizganju plastike: skrajšanje časa cikla in izboljšanje kakovosti delov

Z napredkom v aditivni proizvodnji je izdelava kompleksnih kovinskih vložkov za hladilne kanale postala enostavna. Konformno hlajenje, koncept zasnove v tehnologiji brizganja, je bil uveden z namenom izboljšanja kakovosti plastičnih delov, zmanjšanja porabe energije in proizvodnih stroškov.

Zakaj je čas hlajenja pomemben pri brizganju plastike

Ozadje

Hlajenje in čas zadrževanja skupaj predstavljata približno 50–75 % celotnega časa cikla pri brizganju plastike. Hlajenje je ključni postopek za kalupe za brizganje plastike, ki vpliva tako na čas cikla kot na kakovost končnega izdelka. Obstajajo verjetni načini za optimizacijo celotnega časa hlajenja, kar bi privedlo do neposredne komercialne koristi z skrajšanim celotnim časom cikla in izboljšano kakovostjo komponent.

Hlajenje kalupov

V osnovi brizgalni kalup deluje kot enota za prenos toplote. Med brizganjem se vsa toplota ali toplotna energija iz plastične taline odvede iz kalupa s pomočjo hladilnega medija. Temperatura kalupa je zelo pomembna, saj nadzoruje hitrost prenosa toplote. Dejavniki, kot so:

1. Zasnova hladilnega kanala
2. Hladilni medij
3. Tlak
4. Pretok

igrajo ključno vlogo pri vzdrževanju konstantne temperature kalupa in učinkovitem hladilnem sistemu.

Omejitve konvencionalnih hladilnih kanalov v brizgalnih kalupih

V kalupu so standardni konvencionalni hladilni kanali, ki so oblikovani z vrtanjem lukenj v ravnih črtah, ki se sekajo druga z drugo, dodani pa so še dodatni čepi in pregrade za usmerjanje pretoka vode, kjer je potrebno hlajenje. Čeprav so ti konvencionalni hladilni kanali služili svojemu namenu toliko let, so bili ti kanali na račun daljšega časa hlajenja in energije (tlak vode in pretok). Velikokrat so ti hladilni kanali, odvisno od zasnove komponente in orodja, neučinkoviti in ne odvajajo toplote, kar vodi do vročih območij.

Kaj je konformno hlajenje in kako deluje

Vendar pa so z napredkom tehnologije brizganja plastike oblikovalci in oblikovalci odkrili prednosti razvoja hladilnih kanalov, ki se tesno prilegajo konturam površine jedra ali votlinskih vložkov v primerjavi s konvencionalnimi kanali, kar omogoča hlajenje bližje površini dela. Ta koncept zasnove je v tehnologiji brizganja plastike znan kot konformno hlajenje. Učinkovitost tega koncepta zasnove pomaga pri hitrem in enakomernem hlajenju po površini kalupa, kar ima za posledico boljšo kakovost plastičnih delov, krajše čase cikla brizganja itd.

Glede na zasnovo plastičnih komponent mora oblikovalec orodja oceniti izvedljivost vključitve konformnega hladilnega kanala, ki zahteva izdelavo posebnih vložkov, glede na kompleksnost zasnove in izzive, s katerimi se sooča preventivno vzdrževanje.

Prednosti konformnega hlajenja v brizgalnih kalupih

Zmanjšanje časa cikla in povečanje produktivnosti

S to tehnologijo je mogoče optimizirati položaj in pot hladilnih kanalov z želeno velikostjo in obliko prečnega prereza. Glede na študijo, ki jo je izvedlo podjetje Stratasys, lahko konformno hlajenje skrajša čas cikla za zapirala Fliptop za do 40 %, hkrati pa znatno izboljša kakovost delov.

Krajši čas hlajenja je enak krajšemu času cikla, porabi manj energije in zagotavlja boljšo kakovost komponent.

Izboljšana kakovost delov in dimenzijska stabilnost

Tukaj je nekaj nasvetov za izboljšanje kakovosti delov:

1. 1. Zmanjšajte upogibanje in deformacijo – z ohranjanjem enakomerne porazdelitve temperature po celotnih vložkih.
   2. Izboljšana površinska obdelava – z zmanjšanjem verjetnosti vročih ali hladnih točk na površini kalupa, kar lahko povzroči bolj gladko in enakomerno končno obdelavo končnih plastičnih delov.
   3. Izboljšana dimenzijska natančnost – Konformno hlajeni kovinski vložki pomagajo zmanjšati razlike v dimenzijah delov, kar ima za posledico plastične komponente z strožjimi tolerancami in večjo dimenzijsko natančnostjo.

Vloga aditivne proizvodnje (DMLS) pri konformnem hlajenju

Aditivna proizvodna tehnologija za konformno hlajenje

Industrija je zdaj široko sprejela tehnike direktnega laserskega sintranja kovin (DMLS), imenovanega tudi selektivno lasersko sintranje, za izdelavo teh posebnih konformnih hladilnih kanalov. DMLS je vrsta postopka aditivne proizvodnje kovin (AM). Pri tem postopku se lasersko taljiv kovinski prah nanaša v plasteh, da se oblikuje želena oblika hladilnih kanalov. Ta tehnika uporablja isto načelo kot stereolitografija (SLA), postopek, ki se pogosto uporablja v tehnologiji AM in izdeluje plastične prototipe z uporabo smole, medtem ko DMLS uporablja kovinski prah.

Posnetek od blizu postopka 3D-tiskanja z uporabo direktnega laserskega sintranja kovin za izdelavo podrobnega kovinskega mehanskega dela z napredno proizvodno tehnologijo.

S to tehnologijo je mogoče optimizirati položaj in pot hladilnih kanalov z želeno velikostjo in obliko prečnega prereza.

Uporaba v resničnem svetu: Primer primera konformnega hladilnega vložka

Tukaj smo nadgradili s konvencionalne zasnove hladilnega kanala na konformno hlajene vložke, saj smo se soočali z izzivi zaradi krčenja in smo uporabljali precej daljši čas hlajenja. Iz konvencionalne zasnove hladilne linije je razvidno, da odvajanje toplote blizu krožne konture jekla ni bilo zadostno zaradi prostorskih omejitev pri tradicionalnem pristopu. Z uvedbo konformnega hladilnega kanala na vhodnem vložku smo lahko odvajali toploto iz vročih točk in opazili znatno izboljšanje časa hlajenja za 8 sekund.

Upoštevanje načrta in vzdrževanja konformnih hladilnih kanalov

Ključni dejavniki za konformno hlajene ploščice z uporabo tehnologije aditivne proizvodnje

1. Možnosti materialov

V današnji industriji obstajajo omejitve glede možnosti materialov iz nerjavečega jekla, ki so na voljo za izdelavo konformno hlajenih vložkov z uporabo tehnologije aditivne proizvodnje. Medtem ko so inovacije na področju materialov privedle do razpoložljivosti več kot 32 različnih zlitin, združljivih s tehnologijo laserskega sintranja. Te se lahko uporabljajo v kalupih in vložkih z majhnimi do velikimi proizvodnimi serijami, ne da bi pri tem ogrozili življenjsko dobo orodja in garancijsko dobo orodjarjev. Kljub temu morajo oblikovalci med delovanjem in vzdrževanjem sprejeti dodatne previdnostne ukrepe.

2. Konceptualna zasnova

Številne platforme za programsko opremo za načrtovanje, kot sta Fusion 360 in druge, ponujajo široko paleto funkcij, ki razvijajo regenerativno načrtovanje z minimalnimi napetostmi in so primerne za uporabo v resničnem svetu. To dokazuje, da je izvedba te tehnologije priročna z vidika načrtovanja in proizvodnje. Takšen regenerativni pristop k načrtovanju je mogoče implementirati v naše brizgalne kalupe, da se ujemajo z obliko določene značilnosti plastične komponente. Te konceptualne organske zasnove pomagajo odvajati toploto iz vročih območij in s tem skrajšajo čas hlajenja.

3. Velikost hladilnega kanala

Spodnja tabela povzema splošni razpon velikosti in opombe, ki temeljijo na naših izkušnjah pri izvedbi projektov s konvencionalnimi in konformnimi hladilnimi kanali.

Za učinkovite rezultate mora imeti brizgalnik dobre standarde kakovosti vode za konformni hladilni kanal. Dobra kakovost vode pomeni nizko vsebnost raztopljenih trdnih snovi (TDS) in pH pod 8. Poleg tega mora brizgalnik uporabiti namensko filtrirno enoto za brizgalne kalupe s konformnim hlajenjem.

Pogoste težave so zamašene vodovodne cevi s konformnim hlajenjem tudi pri zgoraj navedenih standardih kakovosti vode, zato je treba med programom preventivnega vzdrževanja izvesti dodatne čistilne dejavnosti.

Zaključek: Ali se splača uvesti konformno hlajenje?

Izvedba konformnega hlajenja v brizgalnih kalupih z uporabo laserskega sintranja ne nadomešča obstoječega postopka izdelave kalupov, temveč ga dopolnjuje glede stroškov, kakovosti in časa. V industriji brizganja obstaja veliko primerov, kjer se je uspešna vključitev konformnega hlajenja z uporabo tehnologije DMLS v kratkem času izplačala in prinesla nadaljnje prihranke zaradi nižjih stopenj odpadkov.

Podjetje Efficient Innovations je uspešno sodelovalo pri projektih s konformno hlajenimi vložki, pri čemer je vzpostavilo sistematične procese in zagotovilo skladnost z vsemi ustreznimi protokoli za zmanjšanje tveganj in izboljšanje učinkovitosti sredstev naših strank.

Pogosta vprašanja

1. Kaj je konformno hlajenje pri brizganju plastike?

Konformno hlajenje je napredna zasnova hlajenja kalupa, pri kateri hladilni kanali sledijo obrisom votline ali jedra kalupa. Za razliko od tradicionalnih ravnih kanalov so konformni kanali oblikovani tako, da ostanejo bližje površini dela, kar omogoča hitrejše in enakomernejše odvajanje toplote ter izboljšano delovanje kalupa.

2. Kakšna je razlika med konformnim hlajenjem in običajnimi hladilnimi kanali?

Konvencionalni hladilni kanali so izvrtani v ravnih linijah in se pogosto težko enakomerno ohladijo kompleksne geometrije. Konformni hladilni kanali, običajno izdelani z aditivno proizvodnjo, natančneje sledijo obliki dela, kar zagotavlja enakomerno odvajanje toplote in zmanjšuje vroče točke v kalupu.

3. Zakaj je konformno hlajenje pomembno za delovanje brizgalnega kalupa?

Hlajenje predstavlja pomemben del cikla brizganja. Konformno hlajenje izboljša nadzor temperature v kalupu, zmanjša toplotno neravnovesje in poveča splošno učinkovitost. To ima za posledico krajše cikle, manjšo porabo energije, izboljšano produktivnost in bolj dosledno kakovost delov.

4. Kako konformno hlajenje pomaga skrajšati čas cikla?

Z namestitvijo hladilnih kanalov bližje površini kalupa in vročim točkam konformno hlajenje pospeši prenos toplote iz staljene plastike. Hitrejše in enakomernejše hlajenje skrajša fazo hlajenja, kar neposredno zmanjša celoten čas cikla in poveča proizvodno zmogljivost.

5. Kakšen vpliv ima konformno hlajenje na kakovost delov in dimenzijsko natančnost?

Enakomerna porazdelitev temperature zmanjšuje upogibanje, krčenje in notranje napetosti. To vodi do boljše površinske obdelave, strožjih dimenzijskih toleranc in večje skladnosti delov. Konformno hlajenje pomaga proizvajalcem doseči višjo kakovost komponent z manj zavržki in zmanjšanim številom ponovnih del.

6. Katere vrste brizganih delov imajo največ koristi od konformnega hlajenja?

Deli s kompleksno geometrijo, debelimi prerezi, globokimi jedri ali krožnimi elementi imajo največ koristi od konformnega hlajenja. Te zasnove običajno ustvarjajo neenakomerna toplotna območja, ki jih konvencionalno hlajenje težko obvladuje, zaradi česar je konformno hlajenje idealno za natančne in visokozmogljive aplikacije.

7. Kakšno vlogo ima aditivna proizvodnja v tehnologiji konformnega hlajenja?

Tehnologije aditivne proizvodnje, kot je direktno lasersko sintranje kovin (DMLS), omogočajo ustvarjanje kompleksnih hladilnih kanalov, ki sledijo konturi in jih konvencionalno ni mogoče izvrtati. Ta proizvodni pristop oblikovalcem omogoča optimizacijo postavitve in geometrije kanalov za maksimalno toplotno učinkovitost.

8. Ali obstajajo kakšni izzivi ali omejitve, povezane s konformnim hlajenjem?

Konformno hlajenje zahteva specializirano strokovno znanje na področju načrtovanja, zmogljivosti aditivne proizvodnje in skrbno izbiro materialov. Za zagotovitev dolgoročne učinkovitosti in zanesljivosti je treba upoštevati tudi vzdrževalne dejavnike, kot sta kakovost vode in morebitna zamašitev kanalov.

9. Ali je mogoče konformno hlajenje implementirati v obstoječe zasnove brizgalnih kalupov?

Da, konformno hlajenje je pogosto mogoče integrirati z zamenjavo izbranih vložkov v obstoječih kalupih. Vendar je izvedljivost odvisna od zasnove dela, razpoložljivega prostora in stroškovnih vidikov. Pred naknadno vgradnjo konformnih hladilnih rešitev je bistvenega pomena podrobna tehnična ocena.