为注塑模具带来拓扑优化bet188娱乐城

这家总部位于德国的公司的首席执行官Christoph Hauck说:“包括模具制造在内的一些保守的制造业分支，在bet188娱乐城获得增材制造等新技术的支持时，需要大量的确凿证据。Toolcraft．“一方面，商店必须遵守一些限制和条件，这可能会阻碍创新解决方案。另一方面，业界希望商店采用最新和创新的制造技术，以超越目前可能的限制。”

Toolcraft成立于1989年，是一家中型家族企业，拥有390名员工，自认为是增材制造(AM)和定制交钥匙机器人解决方案的设计和制造，以及注塑、CNC加工、电火花加工和模具制造的先驱。bet188娱乐城

随着两年前新金属激光熔化中心的开业，Toolcraft为突破传统制造的极限奠定了基础。五个Trumpftruprint3000, 3概念激光机器(M2 Cusing, M1 Cusing和M2 Cusing Multilaser)和一台EOSM290机器在公司的AM中心运行，该中心配备了传感器来监测温度和湿度，并配有氩报警系统。持续的超压和每小时6次的空气交换速率，确保空气无粉末。Toolcraft在这个创新技术中心投资了约1200万欧元，包括一个真空炉和一个基于模拟的软件环境。

实现一致的数字流程链

与西门子NX、Toolcraft已经实现了所有工艺步骤一致且可追溯的数字化工艺链，这对于公司不仅生产工具和模具，而且还生产航空航天部件非常重要。bet188娱乐城完整的添加剂工艺链通过了Nadcap (WLD for AM)认证，以及无损检测系统(Nadcap NDT)。Hauck说:“引入一款软件——西门子NX——使我们摆脱了孤立的3D打印机和四种不同的软件包，这些软件包具有多种接口和格式。

在过去，设计师和工程师必须使用多个软件系统来设计、模拟，然后进行后处理，并为3D打印准备零件，而西门子NX支持完整的AM工艺线程，使用一种数据格式用于CAD/CAE/CAM和一个用户界面。西门子PLM增材制造项目负责人Andreas Saar表示，不受控制的工作流程是当今AM工业化的最大障碍。在一个不受控的工作流程中，设计软件，仿真软件和打印准备软件，通过AM工艺，热处理，精加工，检验和最终使用部分形成一个断开的工艺链，其中AM工艺中的各个步骤不是自动化的，也不讲共同的语言。

“多重文件转换和不受控制的工作流程并不能确保我们工业化3D打印所需的可追溯性和可重复性，”工具工程师拉尔夫·多米德说，他是金属激光熔化工程和模拟工程师。他说:“我们的目标必须是实现整个端到端流程的自动化和数字化。”

拓扑优化

西门子NX还支持拓扑优化，这仍然是开发新形状和概念设计的最通用和最强大的工具。由于该软件允许所有流程步骤的一致性和可追溯性，设计人员可以直接在拓扑优化部分上实现更改，从而节省反向建模步骤(下文将提供更多信息)。

Toolcraft利用拓扑优化重新设计了现有的相机罩注塑模具，以改善冷却和减轻重量。bet188娱乐城结果是，一种重量优化的注塑模具被设计出来，用于为光学行业的客户生产聚碳酸酯零件(见图)。bet188娱乐城

拓扑优化为给定的约束条件找到材料的最佳分布

Domider解释道:“我们的想法是在数字工艺链中获得经验，作为西门子NX软件(包括增材制造模块)的beta用户，我们决定采用一种传统的模具，使用底座、标准零件和插入件进行制造，并优化AM的设计。”bet188娱乐城然而，他补充说，使用拓扑优化重新设计一个模具并不像看起来那么简单;bet188娱乐城虽然该软件为3d打印部件找到了最有效的设计，但如果设计师想要创建一个拓扑优化的注塑模具，他必须考虑各个方面。bet188娱乐城

原模。bet188娱乐城由Toolcraft公司制造的相机罩的传统注射模具尺寸bet188娱乐城为125 × 125 × 130毫米，由标准零件、夹紧板、模具板和模具镶件(包括深孔冷却通道)组成。该模具重bet188娱乐城约50公斤，生产重0.27克的聚碳酸酯注塑件。

数据准备。第一步是对原模具现有CAD数据进行清洗、净化和分析。bet188娱乐城这意味着设计师必须删除大部分现有的设计参数，以重新思考现有的常规设计。Domider表示，设计师需要从零开始，在不受铣削和电火花加工等传统加工技术限制的情况下，进行加法思考。下一步是定义软件可用于计算优化设计的构建空间(定义允许尺寸限制的包络线)。在拓扑优化过程开始之前，需要定义模具的关键特征，包括导轨、冷却通道、浇注区域、喷射器等。bet188娱乐城

初步考虑．在进行拓扑优化时，设计人员不再使用平面区域、矩形和圆形等标准控制几何图形。该软件根据给定的边界条件、给定的载荷和约束条件，在重量、性能和冷却方面生成最优设计。因此，根据Domider的说法，在优化设计之前，有几个重要的方面和特征需要考虑，而这些在设计过程中经常被忽视。除了确定需要平面的区域(例如，模具半部分需要关闭的地方)，还需要评估后处理。bet188娱乐城

当零件离开3D打印机时，它需要在加工中心进行后期加工，以磨铣或研磨某些区域，如孔和螺纹，以达到所需的公差和表面质量。因此，设计师必须计划后处理，并包括夹具和区域，该部分稍后可以用机器上的标准夹紧工具夹紧，或创建特殊的夹紧装置，与模具一起在一个过程中打印。bet188娱乐城整个制造链，包括后期加工的铣削策略需要高效和经济。

拓扑优化．Toolcraft对模具的现有设计进行了研究，目bet188娱乐城标是最小化重量，优化冷却，同时确保注射压力为2500bar，夹紧力为150kn。拓扑优化在给定这些目标和约束条件下找到材料的最佳分布。它的工作原理是取出任何形状的固体材料块，并从中移除材料，以最小化或最大化优化目标，如减轻重量，节省空间或改善冷却。首先，准备数据，即分配津贴，创建支撑结构等。然后模拟这一过程，并将数据直接发送到机器。

虚拟建模。与其他一些软件解决方案相比，西门子NX支持可逆过程链，实现快速更改。根据Domider的说法，STL文件格式简单且易于输出，但STL格式的问题是参数丢失，没有坚实的主体可以使用。STL文件只描述三维物体的表面几何，没有任何颜色、纹理或其他常见CAD模型属性的表示。因此，改变虚拟模型是不可能的，设计师必须回到他的CAD软件重新设计零件。而且数控编程需要STP (Standard for the Exchange of Product Data)格式，STP格式由CAD软件生成，通常不能直接从am专用的软件和文件生成。西门子NX解决了这一问题，实现了所有工艺步骤的一致性和可追溯性，设计人员可以直接对拓扑优化部分进行更改，省去了反向建模步骤。

模拟．为了验证设计结果，Toolcraft使用Simcenter Star-CCM+来准确预测实际性能。仿真工具可以捕捉到在使用寿命期间影响部件性能的所有物理特性。计算流体力学软件允许模拟模具如何与流体/液体相互作用，以减少近似和提高设计的准确性。bet188娱乐城这有助于优化冷却设计(保形冷却通道，优化流动能力，增加截面积)。Simcenter还允许在3D打印过程中进行有限元计算和变形和收缩预测，并自动补偿这些偏差。

的bet188娱乐城moldmaking工业历史悠久，许多工序都是标准化的。因此，人们对新方法的看法更加挑剔，对这种新技术和新思维方式的体验和接受目前是有限的。

结果表明，在Trumpf Truprint 3000上制造的优化模具所需的制造时bet188娱乐城间更短，体积更小，重量比原来的轻50%。此外，保形冷却可使周期缩短30%，并降低注塑过程中的能源消耗。bet188娱乐城那么，为什么这些拓扑优化的3d打印模具还没有在模具制造中被广泛接受呢?bet188娱乐城

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“模具制造bet188娱乐城行业历史悠久，许多工艺都是标准化的。因此，人们对新方法的看法更加挑剔，对这种新技术和思维方式的体验和接受程度目前是有限的，”Domider说。“此外，在增材制造和拓扑优化模具方面缺乏长期经验。bet188娱乐城我们已经对注塑模具进行了测试bet188娱乐城2000个镜头的机器，但我们不能保证我们的客户10,000或更多基于长期经验的射击。

bet188娱乐城模具制造商习惯于使用标准零件，并以一种经过尝试和测试的方式设计模具。老实说，这些特殊的重量优化工具在工业应用中并不总是需要的，因为优势往往不会超过创建这些模具所需的额外成本、技术和专业知识。bet188娱乐城但在Toolcraft，我们将继续致力于这些未来的模具，并继续为我们的客户提供添加式设计的模具镶件和保形冷却，使技术在我bet188娱乐城们的行业中建立起来。”