• Metalam metaalprinten AM4xta.jpg
  • am4xt.jpg
  • Metalam metaalprinten AM4xtb.JPG

Innovatieve toolingconcepten voor kunststofextrusie met behulp van additive manufacturing

TETRA-project: Optimalisatie via 3D-print technologie (AM4XT)

3D printing van metaal onderdelen  (Additive Manufacuring, AM) wordt aanzien als een van de belangrijkste industriële productietechnieken voor de toekomst. AM biedt heel wat extra mogelijkheden (voordelen) ten opzichte van klassiek verspanende bewerkingen (subtractieve methodes) zoals:

  • grote vormvrijheid (zowel intern als externe complexe geometrieën zijn eenvoudig te realiseren)
  • efficiënt grondstoffengebruik (doordat de producten echt opgebouwd worden, wordt enkel materiaal gebruikt daar waar nodig - door de vormvrijheid kan naar een minimale materiaalinhoud gestreefd worden (enkel materiaal plaatsen waar sterkte nodig is))
  • integratie van functies mogelijk
  • eenvoudige logistieke flow

Het metaal 3D printen is een sterk opkomende technologie. Vanuit verschillende industriële omgevingen worden successtory’s gemeld:

  • medical: printen van tand- / kaak- / schedel- en andere prothesen
  • avionics / Aerospace : motoronderdelen / lichtgewicht delen (veiligheidsgordel, …)
  • automotive: lichtgewicht delen voor ophanging / stuurinrichting
  • machinebouw / Matrijzenbouw: matrijsdelen met complexe koelkanalen

Telkens is dit succes er vooral omdat er optimaal gebruik gemaakt wordt van de extra mogelijkheden die de AM technologie biedt.

Externe maar ook intern uitgevoerde studies geven aan dat, door het inzetten van AM voor het vervaardigen van onderdelen van extrusiematrijzen er kan gekomen worden tot een performantere bedrijfsvoering (de introductie van AM heeft impact op ontwikkeling / kwaliteit / opbrengst ). De nu meest voor de hand liggende wingebieden zijn vooral:

  • hoogperformante koeling / aanzuiging (complexe interne koel- en vacuümkanalen, conformative cooling wordt op vandaag al industrieel toegepast voor inserts bij spuitgietmatrijzen)
  • (energetische) optimalisatie van extrusieproces (o.a. door vloeioptimalisatie, …)
  • verbeterde slijtvastheid (verschil in metallurgische eigenschappen)
  • verbeterde stick slip bij koel- en kalibratiegroep 
  • lean ontwikkeltraject

Toch zien we dat AM bijna niet ingezet wordt bij het vervaardigen van extrusiematrijzen. Dit omdat de technologie nog relatief onbekend is maar vooral door het ontbreken van praktische richtlijnen. Via dit project kwamen we tot een set generieke aanbevelingen naar AM als productietechniek voor extrusiematrijzen, geflankeerd door de noodzakelijke praktische richtlijnen. Via deze aanbevelingen kan elk bedrijf  nagaan of AM een noemenswaardige economische dan wel kwalitative verbetering betekent voor een bepaalde uitdaging. Via de richtlijnen worden ze gesteund in het effectief introduceren van AM. Deze richtlijnen / aanbevelingen werden opgesteld na het uitvoeren van verschillende testcases (waarbij ook de vooropgestelde verbeteringen gevalideerd werden). Deze cases werden gezocht bij de deelnemende bedrijven uit de gebruikersgroep.

Abstract Results:

Practical research on the implementation of metal additive manufacturing in extrusion tooling applications has been deducted by VIVES University College and KULeuven ProPolis in Belgium. In polymer extrusion lines, molten plastic is forced through a mould to define the rough shape of plastic profiles. Calibration units are positioned right behind the mould; their function is to cool the plastic profiles in order to give them their final and exact shape. This cooling process needs to occur as uniform as possible to prevent geometrical distortion, and as fast as possible to maintain higher production speeds. To achieve this, calibration units feature highly complex cooling channels and vacuum slots. These often intricate channels and slots are very challenging to create using conventional tooling such as CNC-milling and EDM technology, resulting in sub-optimal cooling processes and more complex cooling block assemblies.

Where the above subtractive technologies run into their limits, additive manufacturing opens up new possibilities for designers and engineers because of the technology’s geometrical freedom. These possibilities are explored in the aforementioned research through a number of practical case studies for Belgian extrusion companies. Through thermal simulations, calibration units modelled for conventional CNC machining/EDM are compared to new designs made specifically for additive manufacturing. These simulations provide insight in pressure drops and heat transfer from extrusion profile to cooling water, and therefore aid in the optimization of cooling channel layout. Once optimized, the new design is printed with selective laser melting technology and tested in production. Measurements on heat transfer are executed and compared to the conventional cooling units, showing great promise for additive manufacturing as an alternative production method for calibration units in polymer extrusion.

Deel dit via
Dit is een onderzoeksproject van expertisecentrum:
Status: Startdatum: Einddatum:
Afgerond01/09/201631/08/2018
Heb je vragen?Ik help je graag verder!Koen Denysmail mij

Projectmedewerkers

Interesse om een eigen project te starten?

Neem contact op met Koen Denys via mail