Ce qui suit est extrait de notre livre blanc : Comment la fabrication additive transforme l'outillage. Téléchargez la version complète ci-dessous.
Si vous travaillez dans ou autour de la fabrication d'outils de pointe, vous avez probablement rencontré le concept de refroidissement conforme. Pour ceux qui le recherchent pour la première fois, le refroidissement conforme est une technique utilisée pour accélérer et contrôler les baisses de température dans les inserts d'outillage.
Dans le moulage sous pression de l'aluminium, par exemple, le métal en fusion arrive à la matrice à une température d'environ 600°C et s'injecte dans la cavité de la pièce en 20 ms environ. La pièce se solidifie ensuite à l'aide de canaux de refroidissement dont la température descend jusqu'à environ 60°C en 60 secondes.
Lorsqu'elle est solide, la matrice se sépare et les broches éjectent la pièce de la matrice. Dans la production de moulage sous pression, le refroidissement de l'insert moulé sous pression représente environ 70 % du temps de cycle pour fabriquer une pièce. En accélérant le taux de refroidissement, les concepteurs d'outillage peuvent accélérer les temps de production. Ils peuvent également augmenter la durée de vie des inserts de refroidissement et même améliorer les propriétés matérielles de la pièce d'utilisation finale.
Le refroidissement conforme existe depuis un certain temps. En fait, en principe, il est similaire à une solution utilisée dans la conception d'engins spatiaux - le refroidissement régénératif. Dans le refroidissement régénératif, vous flow carburant froid à travers la tuyère de la fusée pour empêcher la buse de fondre.
Chambre de poussée en cuivre avec canaux de refroidissement régénératifs
Le résultat est une buse qui est glacée à l'extérieur mais qui subit une combustion complète des gaz d'échappement de la fusée à l'intérieur. Les ingénieurs ont utilisé des solutions comme celle-ci pour que leurs pièces survivent même lorsqu'elles sont exposées à des environnements qui dépassent le point de fusion du métal. Ainsi, d'une certaine manière, les mêmes solutions de conception utilisées pour lancer des engins spatiaux en orbite, sur la lune et au-delà pourraient être utilisées pour fabriquer les pièces qui propulseront votre prochaine voiture au supermarché !
Comment fabriquer des canaux de refroidissement
Les ingénieurs ont une liberté de conception limitée lorsqu'ils utilisent des méthodes de fabrication conventionnelles pour créer des canaux de refroidissement. La plupart des approches impliquent de forer des lignes droites et croisées pour le liquide de refroidissement flow. Cependant, ce type de forage transversal peut causer plusieurs problèmes tels que les concentrations de contraintes et les fuites.
Exemple de refroidissement conventionnel. La conception simple démontre une seule boucle pour le liquide de refroidissement. Image reproduite avec l'aimable autorisation d'Ante Lausic, Lead Process Engineer - Metal AM, GM
De plus, comme ces canaux de refroidissement sont formés par des lignes droites, des points chauds restent souvent hors de portée du liquide de refroidissement, et les parties les plus épaisses de la coulée, qui ont aussi les temps de solidification les plus longs, ne voient pas un refroidissement optimisé. Étant donné que ces sections prennent également le plus de temps à refroidir, l'accélération du processus dans ces zones peut aider à accélérer l'ensemble du processus de fabrication. Cela peut également atténuer le risque d'ouvrir la matrice trop tôt et d'exposer le métal en fusion à l'atmosphère.
Metal AM peut être exploité pour imprimer un insert avec des canaux de refroidissement conformes qui suivent les contours d'une pièce et fournissent un refroidissement plus optimisé. En intégrant des canaux de refroidissement conformes, les fabricants peuvent obtenir plusieurs résultats bénéfiques :
- Réduire les temps de cycle
- Gradients de température plus uniformes qui aident à éliminer les points chauds
- Des conceptions meilleures et plus complexes qui améliorent les propriétés matérielles des pièces moulées sous pression
Avec le refroidissement conforme, il devient non seulement possible d'accélérer la fabrication, mais les ingénieurs peuvent également être en mesure d'équilibrer thermiquement l'outil, ce qui donne un moulage qui se solidifie presque simultanément.
Exemple de refroidissement conforme. Cette conception plus sophistiquée correspond à la surface pour refroidir plus rapidement. Image reproduite avec l'aimable autorisation d'Ante Lausic, Lead Process Engineer - Metal AM, GM
En coulée, les dernières sections à solidifier présentent également une concentration plus élevée de poches d'air. En créant une stratégie de refroidissement qui solidifie plus rapidement les sections les plus critiques, le refroidissement conforme peut aider à éloigner les poches d'air des zones nocives. Ainsi, en contrôlant l'équilibre de refroidissement, les ingénieurs peuvent améliorer les propriétés matérielles de leurs pièces.
Télécharger le livre blanc complet pour découvrir comment Velo3D permet la prochaine génération de refroidissement conforme, notamment :
- Comment la solution d'impression 3D métal de Velo3D permet des inserts plus grands et une liberté de conception pour créer des canaux de refroidissement conformes plus grands et plus variés avec différentes géométries
- Comment Velo3D permet l'impression de canaux de plus grand diamètre (jusqu'à 100 mm) avec une finition de surface de meilleure qualité résultant en un risque réduit de fissuration
- Comment le grand format Sapphire XC permet la fabrication d'inserts plus grands jusqu'à 600 mm de diamètre à un débit plus élevé avec 8 lasers qui permettent d'obtenir une superposition transparente grâce à des étalonnages laser de pré-impression et d'exécution
