Conclusions clau
- Compte del temps de refrigeració i retenció per a 50–75% del temps total del cicle, convertint l’optimització del refredament en la palanca de més impacte en la productivitat del modelat per injecció.
- Canals convencionals de perforació recta sovint no aconsegueixen refredar geometries complexes de manera uniforme, cosa que provoca punts calents, temps de cicle més elevats i mala qualitat de les peces.
- Canals de refrigeració conformes segueix els contorns del motlle, posicionant el refredament més a prop de la superfície de la peça per a una extracció de calor més ràpida i uniforme.
- DMLS (sinterització làser directa de metall) permet les geometries de canal complexes necessàries per al refredament conformal, que no es pot aconseguir mitjançant la perforació convencional.
- Els resultats provats inclouen reduccions del temps de cicle de fins a un 40%, juntament amb millores en la deformació, l’acabat superficial i la precisió dimensional.
- Refrigeració conforme complementa la fabricació de motlles existents i normalment es recupera ràpidament, però requereix una gestió acurada de la qualitat de l’aigua i un manteniment preventiu per funcionar de manera fiable.
Amb els avenços en la fabricació additiva, la fabricació d’insercions metàl·liques de canals de refrigeració complexos s’ha tornat fàcil. La refrigeració conformal, un concepte de disseny en la tecnologia de modelat per injecció, s’implementa amb l’objectiu de millorar la qualitat de les peces de plàstic, reduir el consum d’energia i els costos de producció.
Per què importa el temps de refredament en el modelat per injecció
Fons
El temps de refredament i de manteniment junts representen aproximadament entre el 50 i el 75% del temps de cicle total en el modelat per injecció. El refredament és un procés crític per als motlles d’injecció de plàstic, que afecta tant el temps de cicle com la qualitat final de la peça. Hi ha maneres plausibles d’optimitzar el temps de refredament total que resultarien en un benefici comercial directe amb una reducció del temps de cicle total i una millora de la qualitat dels components.
Refrigeració del motlle
Fonamentalment, el motlle d’injecció actua com una unitat de transferència de calor. Durant el modelat per injecció, tota la calor o energia tèrmica de la massa plàstica fosa s’elimina del motlle pel medi refrigerant. La temperatura del motlle és molt important, ja que controla la velocitat de transferència de calor. Factors com ara:
- Disseny del canal de refrigeració
- Medi refrigerant
- Pressió
- cabal
tenen un paper clau per mantenir una temperatura constant del motlle i tenir un sistema de refrigeració eficient.
Limitacions dels canals de refrigeració convencionals en motlles d’injecció
Dins del motlle, hi ha canals de refrigeració convencionals estàndard, que es formen perforant forats en línies rectes que s’intersequen entre si, i s’afegeixen taps i deflectors addicionals per dirigir el flux d’aigua on es necessita refrigeració. Tot i que aquests canals de refrigeració convencionals van servir per a aquesta finalitat durant molts anys, però a costa d’un temps i energia de refrigeració més elevats (pressió de l’aigua i cabal). Moltes vegades, depenent del disseny del component i del disseny de l’eina, aquests canals de refrigeració són ineficients i no aconsegueixen extreure la calor, cosa que provoca zones calentes.
Què és el refredament conformal i com funciona?
Tanmateix, amb els avenços en la tecnologia de modelat per injecció, els modeladors i dissenyadors han descobert els avantatges de desenvolupar canals de refrigeració que s’adapten fidelment als contorns de la superfície dels inserts del nucli o de la cavitat en comparació amb els canals convencionals, permetent un refredament més a prop de la superfície de la peça. Aquest concepte de disseny es coneix com a refredament conformal en la tecnologia IM. L’eficàcia d’aquest concepte de disseny ajuda a refredar ràpidament i uniformement a tota la superfície de modelat, la qual cosa resulta en una millor qualitat de les peces de plàstic, temps de cicle de modelat més curts, etc.
Tenint en compte el disseny dels components de plàstic, el dissenyador d’eines ha d’avaluar la viabilitat d’incorporar el canal de refrigeració conformal que requereix la fabricació d’insercions especials, tenint en compte la complexitat del disseny i els reptes que afronta el manteniment preventiu.
Beneficis del refredament conformal en motlles d’injecció
Reducció del temps de cicle i guanys de productivitat
Amb aquesta tecnologia, la posició i la trajectòria dels canals de refrigeració es poden optimitzar amb la mida i la forma de secció transversal desitjades. Segons un estudi realitzat per Stratasys, el refredament conformal pot reduir el temps de cicle dels tancaments Fliptop fins a un 40%, juntament amb millores significatives en la qualitat de la peça.
Menor temps de refredament equivalent a un temps de cicle més ràpid, menys energia i components de millor qualitat.
Millora de la qualitat de les peces i de l’estabilitat dimensional
Aquí teniu alguns consells per millorar la qualitat de les peces:
- Reduir la deformació i la distorsió mantenint una distribució uniforme de la temperatura a totes les plaquetes.
- Acabat superficial millorat: reduint la probabilitat de punts calents o freds a la superfície del motlle, cosa que pot resultar en un acabat més suau i consistent a les peces de plàstic finals.
- Precisió dimensional millorada: les insercions metàl·liques refredades de manera conforme ajuden a reduir les variacions en les dimensions de les peces, donant com a resultat components de plàstic amb toleràncies més ajustades i una major precisió dimensional.
Paper de la fabricació additiva (DMLS) en el refredament conformal
Tecnologia de fabricació additiva per a la refrigeració conformal
La indústria ha adoptat àmpliament tècniques de sinterització làser directa de metall (DMLS), també anomenada sinterització làser selectiva, per fabricar aquests inserts especials de canals de refrigeració conformals. La DMLS és un tipus de procés de fabricació additiva (AM) de metalls.
En aquest procés, una pols metàl·lica fusible amb làser s’acumula en capes per formar la forma desitjada dels canals de refrigeració. Aquesta tècnica utilitza el mateix principi que l’estereolitografia (SLA), un procés que s’utilitza habitualment en la tecnologia AM que produeix prototips de plàstic amb resina, mentre que la DMLS utilitza pols metàl·lica.
Primer pla d’un procés d’impressió 3D mitjançant sinterització làser directa de metall per fabricar una peça mecànica metàl·lica detallada amb tecnologia de fabricació avançada.
Amb aquesta tecnologia, la posició i la trajectòria dels canals de refrigeració es poden optimitzar amb la mida i la forma de secció transversal desitjades.
Aplicació al món real: exemple de caixa d’inserció de refrigeració conforme
Aquí vam passar del disseny convencional del canal de refrigeració a insercions refrigerades de manera conforme, ja que ens enfrontàvem a reptes amb el problema de la contracció i estàvem treballant amb un temps de refredament força més elevat. Clarament, a partir del disseny convencional de la línia de refredament, l’extracció de calor prop del contorn circular de l’acer era insuficient a causa de les restriccions d’espai amb l’enfocament tradicional. En implementar el disseny conformal del canal de refrigeració a l’inserció de la porta, vam poder extreure calor dels punts calents i vam observar una millora significativa en el temps de refredament de 8 segons.
Consideracions de disseny i manteniment per a canals de refrigeració conformals
Factors clau per a insercions refrigerades de manera conforme mitjançant tecnologia AM
1. Opcions de materials
A la indústria actual, hi ha restriccions amb les opcions de graus de material d’acer inoxidable disponibles per fabricar insercions refrigerades de manera conforme mitjançant la tecnologia AM. Alhora, amb més innovacions en materials, s’ha aconseguit la disponibilitat de més de 32 materials d’aliatge diferents compatibles amb la tecnologia de sinterització làser. Aquests es poden utilitzar en motlles i insercions amb volums de producció de baix a alt volum sense comprometre la vida útil de l’eina ni el període de garantia dels fabricants d’eines. No obstant això, el modelador ha de prendre precaucions addicionals durant les operacions i els requisits de manteniment.
2. Disseny conceptual
Moltes plataformes de programari de disseny com ara Fusion 360 i altres ofereixen una àmplia varietat de funcions que desenvolupen un disseny regeneratiu amb un estrès mínim i adequat per a aplicacions reals. Això demostra que l’execució d’aquesta tecnologia és convenient des dels aspectes del disseny i la fabricació. Aquest enfocament de disseny regeneratiu es pot implementar en els nostres motlles d’injecció per adaptar-se a la forma d’una característica particular del component de plàstic. Aquests dissenys orgànics conceptuals ajuden a extreure la calor de les zones calentes i, per tant, redueixen el temps de refredament.
3. Mida del canal de refrigeració
La taula següent resumeix el rang de mides general i els comentaris basats en la nostra experiència en la realització de projectes amb canals de refrigeració convencionals i conformals.
Per al canal de refredament conformal, per tal d’obtenir resultats efectius, el motllejador ha de tenir bons estàndards de qualitat de l’aigua. Una bona qualitat de l’aigua significa uns TDS (sòlids totals dissolts) baixos i un nivell de pH inferior a 8. A més, el motllejador ha de desplegar una unitat de filtre dedicada per als motlles d’injecció amb refredament conformal.
Els problemes comuns que es veuen són les línies d’aigua obstruïdes amb refrigeració conforme, fins i tot amb els estàndards de qualitat de l’aigua esmentats anteriorment, i per tant la necessitat d’implementar activitats de neteja addicionals durant el programa de manteniment preventiu.
Conclusió: Val la pena implementar el refredament conforme?
La implementació del refredament conformal en motlles d’injecció mitjançant el procés de fabricació de sinterització làser no substitueix el procés de fabricació de motlles existent, sinó que el complementa en termes de cost, qualitat i temps. Hi ha molts exemples en la indústria del modelat per injecció on la incorporació amb èxit del refredament conformal mitjançant la tecnologia DMLS s’ha amortitzat en poc temps i ha generat més estalvis gràcies a les taxes de ferralla més baixes.
Efficient Innovations ha treballat amb èxit en projectes amb insercions refrigerades de manera conforme incorporades mitjançant l’establiment de processos sistemàtics i la garantia del compliment de tots els protocols pertinents per minimitzar els riscos i millorar el rendiment dels actius dels nostres clients.
Preguntes freqüents
1. Què és el refredament conformal en el modelat per injecció?
El refredament conformal és un disseny avançat de refredament de motlles on els canals de refredament segueixen els contorns de la cavitat o nucli del motlle. A diferència dels canals tradicionals de perforació recta, els canals conformals tenen una forma que els manté més a prop de la superfície de la peça, cosa que permet una eliminació de calor més ràpida i uniforme i un millor rendiment del motlle.
2. En què es diferencia el refredament conformal dels canals de refredament convencionals?
Els canals de refrigeració convencionals es perforen en línies rectes i sovint tenen dificultats per refredar geometries complexes de manera uniforme. Els canals de refrigeració conformals, que normalment es produeixen mitjançant fabricació additiva, segueixen la forma de la peça amb més precisió, garantint una extracció de calor consistent i minimitzant els punts calents dins del motlle.
3. Per què és important el refredament conformal per al rendiment del motlle d’injecció?
El refredament representa una part important del temps del cicle de modelat per injecció. El refredament conformal millora el control de la temperatura dins del motlle, redueix els desequilibris tèrmics i millora l’eficiència general. Això es tradueix en cicles més curts, un menor consum d’energia, una millor productivitat i una qualitat de la peça més consistent.
4. Com ajuda el refredament conforme a reduir el temps de cicle?
En posicionar els canals de refredament més a prop de la superfície del motlle i dels punts calents, el refredament conformal accelera la transferència de calor del plàstic fos. Un refredament més ràpid i uniforme escurça la fase de refredament, cosa que redueix directament el temps de cicle total i augmenta la producció.
5. Quin impacte té el refredament conformal en la qualitat de la peça i la precisió dimensional?
La distribució uniforme de la temperatura redueix la deformació, les variacions de contracció i les tensions internes. Això condueix a un millor acabat superficial, toleràncies dimensionals més ajustades i una major consistència de les peces. El refredament conforme ajuda els fabricants a aconseguir components de més qualitat amb menys rebutjos i menys repeticions.
6. Quins tipus de peces modelades per injecció es beneficien més del refredament conformal?
Les peces amb geometries complexes, seccions gruixudes, nuclis profunds o característiques circulars es beneficien més del refredament conformal. Aquests dissenys solen crear zones de calor desiguals que el refredament convencional té dificultats per gestionar, cosa que fa que el refredament conformal sigui ideal per a aplicacions de precisió i alt rendiment.
7. Quin paper juga la fabricació additiva en la tecnologia de refrigeració conformal?
Les tecnologies de fabricació additiva, com la sinterització làser directa de metall (DMLS), permeten la creació de canals de refrigeració complexos que segueixen el contorn i que no es poden perforar de manera convencional. Aquest enfocament de fabricació permet als dissenyadors optimitzar la col·locació i la geometria dels canals per obtenir la màxima eficiència tèrmica.
8. Hi ha algun repte o limitació associat amb el refredament conformal?
El refredament conformal requereix coneixements especialitzats en disseny, capacitats de fabricació additiva i una acurada selecció de materials. També s’han de gestionar les consideracions de manteniment, com ara la qualitat de l’aigua i la possible obstrucció del canal, per garantir el rendiment i la fiabilitat a llarg termini.
9. Es pot implementar el refredament conformal en els dissenys de motlles d’injecció existents?
Sí, el refredament conformal sovint es pot integrar substituint els inserts seleccionats dins dels motlles existents. Tanmateix, la viabilitat depèn del disseny de la peça, l’espai disponible i les consideracions de cost. Una avaluació tècnica detallada és essencial abans de modernitzar les solucions de refredament conformal.
