Доброго времени суток уважаемые читатели. Пост посвящен проектированию, компьютерному моделированию и 3D-печати водоохлаждаемых пресс-форм (ПФ). Мы уже проводили опытные работы по изготовлению ПФ аддитивными технологиями и вполне удачно, но те ПФ отличались небольшими размерами. В этот раз возникла необходимость в изготовлении более крупных ПФ с развитыми поверхностями (габаритные размеры 288х238х57 мм). Геометрия получаемых моделей довольно простая, но их объем катастрофический для пластиковых ПФ, которые помимо низкой теплопроводности (при этом для 3D-печатных изделий она еще ниже из-за немонолитного заполнения) имеют весьма ограниченный интервал рабочих температур (речь идет о доступных инженерных ABS пластиках) и при длительном воздействии высоких температур (от 100˚С для большинства доступных материалов) ПФ могут деформироваться. Решение этих проблем – принудительное охлаждение.
На первом фото представлена итоговая 3D-модель ПФ в разрезе, из которой видно, что 3 из 5 элементов ПФ имеют каналы для охлаждения. Каналы имеют треугольное сечение с закругленными вершинами и центральную перемычку, которая была необходима для исключения провисания верхних слоев каналов в процессе печати, так же стоит отметить, что каналы расположены максимально близко к рабочей поверхности ПФ по причине, указанной выше и как следствие позволило снизить расход материала.
На сегодняшний день отработка любого технологического процесса не обходится без компьютерного моделирования, будь то литье, штамповка, сварка и даже 3D-печать. Это позволяет существенно сократить всяческие расходы и выпустить готовый продукт в кратчайшее время.
На следующих фото представлены результаты моделирования процесса заполнения ПФ из ABS пластика легкоплавким сплавом, который называется сплавом Розе. Он выбран в качестве аналога модельной массе.
Если говорить кратко любое моделирование техпроцесса всегда требует три основных модели, первое – CAD-модель, второе – модель материалов и третье – модель граничных условий. С первой и третьей моделью все просто, вторая модель может доставить массу проблем, поскольку требует внесения в базу данных программы как минимум теплофизические свойства материала, которые бывает сложно найти. Следующей проблемой может оказаться процесс создания конечно-элементной сеточной модели, обычно это проблема для систем, которые работают по методу конечных разностей.
В данном случае в качестве заливаемого материала был выбран сплав наиболее близкий по температуре заливки (с учетом перегрева температура заливки составила 110˚С), также в процессе подготовки расчетной модели были обозначены каналы для охлаждения ПФ через которые пропускается вода с постоянной температурой (20 ˚С) и постоянным расходом (1300 л/ч ).
Была проведена одна итерация, прежде чем нам удалось найти оптимальные параметры каналов для охлаждения, на что было потрачено примерно 50 машино-часов. По результатам моделирования полное затвердевание модели в водоохлаждаемой ПФ занимает 13 минут, что было подтверждено на практике, а затвердевание модели в ПФ без охлаждения заняло бы 30 минут.
Ну и в конце есть фото готовой пресс-формы (здесь слово «пресс» это скорее атавизм, указывающий на область применения) из которых видно, что используется одна аквариумная помпа для прокачивания воды через всю ПФ и соответственно подключение последовательное, от менее прогреваемых к более прогреваемым зонам.