La construcció directa de motlles mitjançant la estereolitografia està sent objecte d'una nova atenció

Les resines per estereolitografia (SL) es van rebre ràpidament en la dècada dels 80 com el mètode preferit per obtenir màsters precisos i rígids per a la duplicació en sèries limitades a través de motlles de silicona. Com un dels innovadors líders després d'aquests avenços i altres posteriors en la tecnologia de resines per a SL, DSM Som produeix ara els materials ProtoFunctional que s'utilitzen sovint no només per a motlles silicona, sinó també per a la creació de prototips funcionals per a la seva aplicació directa en molts processos d'I + D.

El motlle d'injecció fet amb ProtoTool es va crear amb un insert metàl·lic per a l'entrada submarina per suportar l'abrasió del reforç de vidre que hagués deteriorat ràpidament la resina SL en aquesta zona d'alta pressió i elevat flux. El material usat per a produir les peces modelades per injecció mostrades sota era un niló-6 amb 33% de reforç de vidre.

Un dels principals reptes als quals s'enfronten els experts de la indústria és l'exploració de la capacitat per aplicar materials per SL en aplicacions de construcció directa de motlles. Des del seu començament, la indústria del prototipat ràpid ha estat tradicionalment escèptica i fins i tot lenta en l'acceptació de noves aplicacions, fetes realitat per les innovacions en els materials per SL.

La construcció directa de motlles mitjançant la estereolitografia està sent objecte ara d'una nova atenció, com ho evidències una sèrie de noves aplicacions comercials. Mentre que tradicionalment les resines per SL anteriors no podien oferir el temps de vida necessari per a un treball, els èxits comercials dels nous materials Som ProtoComposites, com ProtoTool 20L i NanoForm, estan demostrant noves possibilitats en l'estalvi de temps i costos. L'èxit no només dependrà de la introducció comercial d'aquestes resines tecnològicament avançades, sinó també de la creació d'una xarxa d'experts experimentats en el disseny i manipulació de motlles compostos.

La següent informació és la primera d'una sèrie sobre els "mites de la indústria" al voltant del rapid tooling amb resines per SL, que es realitzaran en els pròxims mesos per DSM Som i companyies col·laboradores dedicades també a l'increment del coneixement internacional en aquest nou escenari del desenvolupament de producte.

El 2004, l'empresa Paramount Industries (Pennsylvania, EE. UU.) Tenia experiència en la fabricació ràpida de motlles en tot, excepte en estereolitografia. Comptava amb 30 anys d'experiència en la producció de productes utilitzant composites epoxy de colada, alumini fos, S7 fos, metall projectat, beril fos, KelTool, SLS RapidSteel i motlles mecanitzats. Actualment, l'estàndard de la companyia en la construcció ràpida de motlles és el mecanitzat CNC a alta velocitat.

Tot i que la indústria de la construcció ràpida de motlles ja havia informat sobre alguns descobriments positius, Paramount no havia experimentat de primera mà amb cap material per a SL que pogués respondre a l'exigència dels seus clients pel que fa a la qualitat, el material i el disseny. No obstant això, algunes de les noves informacions de la indústria van captar la seva atenció:

• Es podia estalviar temps mitjançant l'ús de motlles híbrids: mentre la cavitat es mecanitza, es poden fabricar inserits mitjançant SL carregables manualment;
• També es podien aconseguir estalvis en temps en la construcció del inserit del motlle: un motlle de PL pot ser acabat i muntat en el motlle en un períod'entre tres i cinc dies, segons la mida del motlle;
• Les tecnologies SL poden produir peces prototip i / o motlles en una mateixa plataforma;
• Es pot augmentar la capacitat de producció: mitjançant SL es poden realitzar nombrosos motlles al mateix temps;
• La reducció de costos i de mà d'obra és possible: un cop la informació 3D està introduïda en l'equip de SL, el temps de l'empleat pot dedicar a altres funcions
• Els estalvis en costos són reals: en algunes dimensions, el cost de la realització d'un motlle a través de Second Life és inferior al del mecanitzat CNC, amb un cost optimitzat per l'emmotllament per injecció de petits volums.

La decisió d'experimentar amb motlles fets mitjançant SL es va prendre amb certes reserves, així com també amb una gran prevenció. L'incentiu després de la decisió: un nou material compost per SL amb unes prestacions que van més lluny de les resines per SL tradicionals - Som ProtoTool 20L. Els principals paràmetres de les seves prestacions inclouen: elevada precisió, resistència a l'abrasió, durada durant el procés de model, temperatures HDT que sobrepassen fins i tot a les de molts termoplàstics d'enginyeria habitualment modelats.

En un dels tres estudis tècnics que la companyia va aportar posteriorment per a la SME (les dades tècniques complets i els resultats de l'estudi "Injection Molding with Composite Stereolithography Resins" poden obtenir al lloc web de la Society of Manufacturing Engineers en www.sme.rg), Som ProtoTool va jugar un paper determinant en ajudar a Paramount a resoldre un problema que li hauria suposat setmanes de retard en la producció de peces que havien de ser modelades per injecció amb un material extremadament agressiu: niló-6 amb un 33 per cent de vidre.

El projecte va incloure el codesenvolupament d'un sistema d'aire de Ingersoll-Rand que s'estava redissenyant per passar d'incorporar components metàl·lics mecanitzats a termoplàstics modelats per injecció. Quan els motlles de producció estaven a punt de ser acabats, es va identificar un problema en la geometria d'un dels components de la carcassa. La correcció del motlle necessitava entre 4 i 5 setmanes.

L'equip va identificar la peça interna que havia de ser modificada per corregir l'error, però el que es va saber en teoria havia de ser experimentat. Provar la peça amb materials de prototipat ràpid no tenia sentit, totes les proves havien de ser realitzades amb el material real, perquè les velocitats del motor del producte arriben les 30.000 rpm i les velocitats accelerades de l'aire poden crear temperatures molt comprometedores per a la majoria dels termoplàstics. Es necessitarien almenys dues peces modelades en el material real del producte final. Si el canvi de disseny funcionava, el proveïdor podria procedir a adaptar el motlle primari i el muntatge podria començar 2 o 3 setmanes abans.

Amb la introducció de Som ProtoTool 20L, la indústria del prototipat ràpid està passant gradualment del prototip a la fabricació ràpida de motlles. La foto és una plataforma d'estereolitografia usada per produir prototips i motlles d'injecció.

Som ProtoTool 20L es va utilitzar per crear un motlle dissenyat amb una entrada submarina i es va afegir un insert de metall mecanitzat per poder suportar l'abrasió del reforç de vidre que hagués deteriorat ràpidament la resina de PL en aquesta zona de gran pressió i elevat flux. En dues setmanes des que es va rebre l'arxiu 3D, el motlle de PL va crear peces que es van subministrar i van ser mesures per comprovar que estaven dins les toleràncies nominals de fabricació mitjançant emmotllament per injecció (± 0,005 in / in).

El client va descriure les peces com "molt funcionals" i va explicar que estaven sent utilitzades amb èxit en l'enginyeria d'un desenvolupament pilot juntament amb altres components modelats.

Els resultats de les proves realitzades per Paramount Industries amb ProtoTool van demostrar que havia oportunitats per millorar l'oferta de serveis de l'empresa des d'un punt de vista econòmic, mitjançant la incorporació d'aquesta tecnologia, mantenint la qualitat per als seus clients.

Mentre aquesta primera prova utilitzant materials compostos de PL va ser útil a Paramount per a verificar la validesa de ProtoTool amb termoplàstics agressius, la decisió d'integrar la tecnologia en la seva planta es va decidir només després de verificar validesa en aplicacions de sèries grans amb termoplàstics corrents de naturalesa menys agressiva.

Quatre estudis addicionals facilitar la decisió, amb resultats que en general van verificar la qualitat dels motlles fets amb ProtoTool quan es recorre a materials com niló-6 amb fibra de vidre, polipropilè, estirè, ABS i policarbonat, així com en sèries de volums que poden ser esperats (fins a 1.700, depenent del material). L'anàlisi d'estalvi de temps i costos basat en el coneixement de la companyia va demostrar que hi ha tot un seguit vàlida d'aplicacions en les quals ProtoTool no només permet estalviar temps (reduccions de temps habituals del 50 per cent), sinó que també es tradueix en estalvis econòmics per als seus clients.

"L'objectiu de Paramount des del principi exigia que els motlles fets amb ProtoTool responguessin a estalvis de temps i costos en comparació amb els motlles mecanitzats, sense afectar la integritat de la peça, ni comprometre el disseny o la precisió dimensional", va dir Jim Williams, President i CEP de Paramount Industries. "Amb l'escepticisme i l'escassa experiència pròpia que teníem amb la estereolitografia, va ser una grata sorpresa que els deu mesos de recerca que duem a terme no van revelar cap advertència ni limitació extraordinària en l'ús de ProtoTool per a la producció de la cavitat i els inserts del noio. "

"La probabilitat de vida ha estat històricament un criteri fonamental per a la construcció de motlles d'injecció que, per definició, han de produir nombroses peces. Un altre valor que s'utilitza per mesurar el nivell d'èxit és la quantitat o el rendiment del motlle que un ha d'esperar d'un motlle ràpid. Els objectius de Paramount en aplicar tecnologies de PL en la construcció d'inserits per motlles prioritzen la qualitat de la peça i la resina d'enginyeria especificada per a ser usada en l'emmotllament. La capacitat per fabricar ràpidament peces mitjançant emmotllament per injecció sense perjudicar el disseny està al capdavant de les prioritats, mentre que la vida útil del motlle hauria de ser secundària. Les nostres investigacions han mostrat amb claredat que qualitat i quantitat són possibles utilitzant els materials compostos avançats per SL de Som "conclou Williams.