شرکت B&J با قالب تزریقی خنک شده با پرینت سه بعدی فلزی، نرخ تولید را چیزی حدود 30 درصد کاهش داد. تغییرات دمای زیادی در چرخه خنک سازی قالب گیری تزریقی می تواند خطر تاب برداشتن قطعه را افزایش دهد. برای این منظور B&J قالب های همراه با خنک کننده را به مشتریان خود پیشنهاد داد.

این پیشنهاد اولین بار زمانی داده شد که یک مجرای خودرو با قالب گیری تزریقی و طراحی و تولید معمولی انجام شد و مشخص شد که نوسانات دمایی چیزی در حدود 132 درجه سانتی گراد است و نیاز به قالب های خنک کننده احساس شد.

برای این کار، مهندسان برای طراحی قالب ها با استفاده از نرم افزار Cimatron CAD/CAM، کانال های خنک کننده داخلی را به موازات سطح قطعه طراحی کردند و برای ارائه دقیق این کانال های خنک کننده پیچیده، از پرینتر سه بعدی ProX DMP 300 استفاده کردند.

این روش باعث شد که تغییرات دما در حین خنک سازی تا  18 درجه سانتی گراد کاهش یابد و زمان چرخه قالب را از یک دقیقه به 40 ثانیه کاهش داد و چیزی در حدود 30 درصد بهره وری را بهبود بخشید.

 

استفاده از قالب های خنک کننده برای حل یک مشکل قدیمی است. اما این نکته را نیز باید در نظر گرفت که خطوط خنک کننده غیراصولی منجر به تغییرات دمایی بالایی می شود.

بسیاری از قطعات قالب گیری تزریقی سطوح منحنی دارند، ولی مته هایی که برای ایجاد کانال های خنک کننده استفاده می شود، فقط خطوط مستقیم ایجاد می کنند، و بدین معناست که تطبیق خطوط خنک کننده با هندسه بعضی قالب ها تقریبا غیر ممکن است. این خطوط خنک کننده مستقیم برای جلوگیری از تداخل با حفره ها باید فراتر از ویژگی های بیرونی قطعه باشند و یعنی قسمت های نزدیک به مرکز قطعه از خطوط خنک کننده دور هستند. این امر منجر به تغییرات دمای قابل توجهی در حجم قطعه در شروع فرایند خنک سازی می شود.

مجرای خودرویی که B&J برای خنک سازی طراحی کرد، دارای سطوح متعدد نامنظم و منحنی می باشد. این شرکت ابتدا خطوط خنک کننده مستقیم را از طریق هاب و بلوک استاتور سوراخ می کرد. این کار برای تنظیم هندسه قالب برای محاسبه میزان تاب خوردگی مفید بود.

اما مشکلات معمولا در مورد اشکال نامنظم و دارای انحنا اتفاق می افتد، زیرا این اشکال از خطوط خنک کننده فاصله دارند و تغییرات دمایی حاصل، منجر به خم شدن قطعه در حین سرد شدن می شود.

در گذشته این مشکل را با تمدید چرخه خنک کننده برای اطمینان از جامد شدن کامل قطعه، تا حدودی حل می کردند. اما طولانی شدن چرخه خنک کننده باعث کاهش بهره وری و افزایش هزینه ها می شد.

مهندسان B&J در روش جدید، خطوط مستقیم خنک کننده اصلی را حذف می کنند و آنها را با خطوطی که فاصله ثابتی از سطح قطعه دارند، جایگزین می کنند. تولید قالب نهایی با چاپ سه بعدی فلز به محققان این امکان را می دهد که کانال های پیچیده با سطح مقطع و سطوح رابط بهبود یافته را طراحی کنند.

در این روش مقدار دمای منتقل شده از قالب به خنک کننده کنترل می شود و به خنک سازی کارآمد کمک می کند. هنگامی که قطعه به طور صحیح خنک و جامد شود به تضمین کیفیت قطعه و کاهش بروز عیوبی مانند تاب برداشتن و علائم سینک کمک شایانی می شود.

 

بعد از اینکه فایل قالب آماده شد، آن را به نرم افزار شبیه سازی قالب گیری تزریقی برای شبیه سازی خنک کننده صادر می کنند. این شبیه سازی به طور کامل شامل چرخه قالب گیری تزریقی، نقشه برداری دما در سراسر قالب و شناسایی نقاط سرد و گرم می باشد. شبیه سازی جدید مقایسه ای بین طراحی قالب اصلی و طراحی جدید انجام می دهد و نشان می دهد که خطوط خنک کننده منسجم در بخش جدید، بهبود چشمگیری برای توزیع دما ایجاد کرده است و تغیرات دما را تا 86 درصد کاهش می دهد.

 

بعد از این مراحل طراحان داده های قطعه را وارد کردند، هندسه را بهینه کردند، مسیر اسکن را ارزیابی کردند، پلت فرم ساخت را تنظیم کردند و کار نهایی را به پرینتر سه بعدی فلزی برای چاپ ارسال کردند.

پرینتر ProX DMP 300 لیزر با دقت بالا را هدایت می کند و ذرات پودر را به صورت انتخابی بر اساس داده های وارد شده به صورت لایه های نازک و افقی یکی پس از دیگری می ریزد. برای این کار از مواد فولادی ماریجینگ استفاده می شود.

به گفته طراحان این پروژه، این نوع پرینتر برای تولید خطوط خنک کننده منسجم ایده آل است. با این چاپگر تمام جزئیات و ویژگی ها حتی نازک ترین ضخامت دیواره ها نیز با دقت بالا ساخته می شوند و به ویرایش خاصی نیز نیاز ندارند.

بعد از مراحل پرینت و ساخت، با استفاده از یک اسکنر سه بعدی قطعه اسکن شد و توسط نرم افزارهای خاص برای کنترل کیفیت مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج به دست آمده از این مطالعه نشان داد که خنک سازی به طور یکنواخت و منسجم صورت گرفته است و این کار باعث کاهش زمان چرخه و افزایش بهره وری تا حدود 30 درصد شده است. به دلیل اینکه خنک کننده منسجم فشار تزریق را کاهش می دهد، طول عمر قالب نیز بالا می رود و این کاهش فشار تزریق باعث کاهش سایش در خطوط جداسازی و جزئیات پیچیده قالب نیز می شود.