Quanto segue è un estratto dal nostro whitepaper: Come la produzione additiva sta trasformando gli utensili. Scarica la versione completa qui sotto.
Se lavori nella o intorno alla produzione di utensili avanzati, probabilmente hai incontrato il concetto di raffreddamento conforme. Per coloro che lo ricercano per la prima volta, il raffreddamento conforme è una tecnica utilizzata per accelerare e controllare il calo della temperatura negli inserti degli utensili.
Nella pressofusione dell'alluminio, ad esempio, il metallo fuso arriva allo stampo ad una temperatura di circa 600°C e si inietta nella cavità del pezzo in circa 20 ms. La parte quindi si solidifica con l'aiuto di canali di raffreddamento che diminuiscono la temperatura a circa 60°C entro 60 secondi.
Quando è solido, lo stampo si separa e i perni espellono la parte dallo stampo. Nella produzione pressofusa, il raffreddamento dell'inserto pressofuso costituisce circa il 70% del tempo di ciclo per la produzione di un pezzo. Accelerando la velocità di raffreddamento, i progettisti di utensili possono accelerare i tempi di produzione. Possono anche aumentare la durata degli inserti di raffreddamento e persino migliorare le proprietà del materiale della parte di utilizzo finale.
Il raffreddamento conforme esiste da un po' di tempo. In effetti, in linea di principio, è simile a una soluzione utilizzata nella progettazione di veicoli spaziali: il raffreddamento rigenerativo. Nel raffreddamento rigenerativo, tu flow carburante freddo attraverso l'ugello del razzo per evitare che l'ugello si sciolga.
Camera di spinta in rame con canali di raffreddamento rigenerativi
Il risultato è un ugello ghiacciato all'esterno ma che sperimenta la combustione completa dei gas di scarico del razzo all'interno. Gli ingegneri hanno utilizzato soluzioni come questa per far sopravvivere le loro parti anche se esposte ad ambienti che superano il punto di fusione del metallo. Quindi, in un certo senso, le stesse soluzioni progettuali utilizzate per lanciare la navicella spaziale in orbita, sulla luna e oltre, potrebbero essere utilizzate per fabbricare le parti che spingono la tua prossima auto al supermercato!
Come realizzare canali di raffreddamento
Gli ingegneri hanno una libertà di progettazione limitata quando utilizzano metodi di produzione convenzionali per creare canali di raffreddamento. La maggior parte degli approcci prevede la perforazione di linee diritte e intersecanti per il raffreddamento del fluido flow. Tuttavia, questo tipo di perforazione trasversale può causare diversi problemi come concentrazioni di stress e perdite.
Esempio di raffreddamento convenzionale. Il design semplice mostra un singolo circuito per il refrigerante. Immagine per gentile concessione di Ante Lausic, Lead Process Engineer – Metal AM, GM
Inoltre, poiché questi canali di raffreddamento sono formati da linee rette, i punti caldi rimangono spesso fuori dalla portata del refrigerante e le parti più spesse del getto, che hanno anche i tempi di solidificazione più lunghi, non vedono un raffreddamento ottimizzato. Poiché anche queste sezioni richiedono più tempo per raffreddarsi, l'accelerazione del processo in queste aree può contribuire ad accelerare l'intero processo di produzione. Può anche mitigare il rischio di aprire lo stampo troppo presto ed esporre il metallo fuso all'atmosfera.
Metal AM può essere sfruttato per stampare un inserto con canali di raffreddamento conformi che seguono i contorni di una parte e forniscono un raffreddamento più ottimizzato. Integrando i canali di raffreddamento conformi, i produttori possono ottenere diversi risultati vantaggiosi:
- Ridurre i tempi di ciclo
- Gradienti di temperatura più uniformi che aiutano a eliminare i punti caldi
- Design migliori e più complessi che migliorano le proprietà dei materiali delle parti pressofuse
Con il raffreddamento conforme, non solo diventa possibile accelerare la produzione, ma gli ingegneri possono anche essere in grado di bilanciare termicamente lo strumento risultando in una fusione che si solidifica quasi contemporaneamente.
Esempio di raffreddamento conforme. Questo design più sofisticato corrisponde alla superficie per raffreddare più velocemente. Immagine per gentile concessione di Ante Lausic, Lead Process Engineer – Metal AM, GM
Nella colata, anche le ultime sezioni a solidificare presentano una maggiore concentrazione di sacche d'aria. Creando una strategia di raffreddamento che solidifica più rapidamente le sezioni più critiche, il raffreddamento conforme può aiutare a spostare le sacche d'aria lontano dalle aree dannose, quindi controllando l'equilibrio del raffreddamento, gli ingegneri possono migliorare le proprietà dei materiali delle loro parti.
Scarica il whitepaper completo per scoprire come Velo3D sta abilitando la prossima generazione di raffreddamento conforme, tra cui:
- In che modo la soluzione di stampa 3D in metallo di Velo3D consente inserti più grandi e libertà di progettazione per creare canali di raffreddamento conformi più ampi e vari con geometrie diverse
- In che modo Velo3D consente la stampa di canali di diametro maggiore (fino a 100 mm) con una finitura superficiale di qualità superiore con conseguente riduzione del rischio di fessurazione
- Come il grande formato Sapphire XC consente la produzione di inserti più grandi fino a 600 mm di diametro a una produttività maggiore con 8 laser che ottengono una sovrapposizione continua attraverso le calibrazioni laser pre-stampa e runtime
