Řešení problému

S ohledem na náročné technologické požadavky se musely jasně definovat mezní stavy / okrajové podmínky užití licí formy. Mezi tyto se zařadily přípojné body médií pro chlazení a odlévání, zástavbové prostory v licím stroji, uchycení, působící síly a vlastnosti materiálu odlitku.

Klíčovou částí návrhu byla optimalizace chladícího prvku. Místo rovných vrtaných kanálků se nyní naskytla možnost užití zaoblených kanálků. Skloubení aditivní výroby formy a slévárenské výroby konečné součástky vyžadovalo úzkou spolupráci technologů aditivní výroby se slévárenskými experty. Řešila se například vzdálenost chladících kanálků od odlitku, geometrie kanálků pro průtok médií a samonosnost kanálků při tisku.

Jako optimální technologie výroby se vybrala DMLS (Direct Metal Laser Sintering) a materiál nástrojová ocel 1.2709. Z ekonomických důvodů se při 3D tisku musí zohlednit jak jeho plocha v poměru k platformě (která je v případě EOS M290 250×250 mm), tak jeho celkový objem. Topologická optimalizace aplikuje veškeré okrajové podmínky a síly a iterativně se zbavuje přebytečného materiálu. Její využití tedy ušetřilo mnoho prášku, který nyní firma může použít na další tisk.

V konkrétním příkladu se aditivní výroba spojila s konvenčním obrobením části formy. Výsledná geometrie formy byla ověřena strukturální analýzou metodou konečných prvků. Pomocí slévárenského simulačního softwaru MAGMA byl ověřen přínos návrhu pro technologii vysokotlakého odlévání. Model byl poté doplněn o přídavky na obrábění a nezbytné struktury zajišťující samotnou technologičnost procesu aditivní výroby.

Přínosy

Samotný tisk jedné poloviny formy trval přibližně 21 hodin. Topologická optimalizace snížila dobu tisku o 30 % a dosáhla snížení spotřeby materiálu o 64 %. V rámci projektu se plně využilo výhod konformního chlazení a cena výroby byla srovnatelná s konvenčně vyrobenou formou. Praktické zkoušky odlévání prokázaly únosnost odlitku o 30 % vyšší, což je výsledkem zkvalitnění technologičnosti vysokotlakého lití, především díky snížení počtu slévárenských vad. Byla tím snížena zmetkovitost výroby součástí. Více o projektu si můžete přečíst zde.