Toolcraft optimaliseert spuitgietmatrijs voor AM: 50% gewichtsbesparing

Het Duitse Toolcraft toont op Rapid.Tech in Erfurt hoe additive manufacturing het gewicht van een spuitgietmatrijs met de helft kan verminderen. De geringere massa in combinatie met geoptimaliseerde koeling in de matrijs (conformal cooling), leidt tot 30% kortere spuitgietcycli, bij gelijkblijvende kwaliteit van het spuitgietdeel.

 

Toolcraft is een Duitse toeleverancier, die naast 3D printen ook de traditionele bewerkingstechnieken in huis heeft. Tot nog toe wordt de betreffende matrijs opgebouwd uit vorminzetten, platen, spanelementen en normdelen. De matrijs met een gewicht van 125 bij 125 bij 130 mm weegt uiteindelijk 60 kilogram. Dat maakt de handling bij het in- en uitbouwen in de spuitgietmachine er niet gemakkelijker op.

Spuitgietcyclus met 30% ingekort

Spuitgietmatrijs van de toekomst: 3D geprint

Daarom hebben de engineers de uitdaging opgepakt om met 3D metaalprinten het gewicht van de spuitgietmatrijs te verminderen. Bij de topologie-optimalisatie is een aantal vlakken van de matrijs uitgesloten van aanpassingen, omdat dit de functionaliteit zou beïnvloeden. Zo is de positie van de uitwerpers niet veranderd; eveneens zijn de aansluiting op dezelfde plek gebleven. Ook is bij het ontwerp rekening gehouden met vlakken om de 3D geprinte matrijs in een CNC-machine te kunnen opspannen voor de noodzakelijke nabewerking. Wel zijn de koelkanalen anders gelegd, mogelijk doordat ze in een keer met de rest van de matrijs geprint worden. Om zeker te zijn van de prestaties, hebben de engineers in Siemens NX een simulatie van zowel de matrijs als het printproces doorgevoerd. Met FEM- berekeningen zijn de krachten op de matrijs doorgerekend en is zowel een simulatie van de koeling gedaan als van het spuitgietproces.

Matrijs bestaat uit nog slechts twee helften

De topologie optimalisatie die Toolcraft heeft doorgevoerd, leidt er in combinatie met functie-integratie toe dat de totale matrijs kleiner zijn. Het gewicht is gehalveerd. Bovendien bestaat de matrijs nu nog uit twee helften, in plaats van veel losse onderdelen die samengebouwd moeten worden. De cyclustijd bij het spuitgieten is met 30% afgenomen, vooral dankzij de conformal cooling en het geringere gewicht. Dat laatste zorgt bovendien voor dat de matrijs gemakkelijker geplaatst kan worden in de spuitgietmachine.

Toolcraft demonstreert de spuitgietmatrijs dit jaar op Rapid.Tech in Erfurt (25-27 juni). Op de tweede beursdag, woensdag 26 juni, is er een Forum Werkzeug-, Formen- und Vorrichtungsbau. Sprekers komen onder andere van Trumpf, Fraunhofer IFAM, FIT en Nano Dimension. Helmut Zeyn van Siemens PLM Software geeft dan een presentatie over de industrialisering van het 3D metaalprinten van spuitgietmatrijzen.

---