Moldmaking Versnellen: Ontwerp & Productie Optimaliseren met Geavanceerde CAD/CAM & CAE

Met de nieuwste CAD/CAM- en CAE-software kunnen moldmakers het ontwerpproces versnellen en de productiecyclus voor hoogwaardige molds en matrices comprimeren

Moldmakers staan onder constante druk om het moldmaking-proces te versnellen, hun processen en productkwaliteit te verbeteren terwijl ze productiviteit verhogen. Om hun doelen te halen, setzen moldmakers de nieuwste moldmaking-software in, met gebruik van nieuwe technieken in CAD/CAM en CAE, met verbeterde simulaties voor conformele koeling en andere sleutelfuncties in mold-en-matrix-productie.

Toepassingen gebruikt in mold-en-matrix-processen variëren van CAD/CAM-software van de meeste grote software-ontwikkelaars alsmede gesofisticeerde CAE-software die gedetailleerde simulaties en analyses bieden van een product's fit-and-finish, thermische prestaties en cruciale differentierende factoren. Onder deze moldmaking-pakketten zijn geïntegreerde pakketten die draaien binnen de ontwerper's hoofd-CAD/CAM-software, wat naadloze overgangen van ontwerp naar simulatie en analyse van een onderdeel's potentieel mogelijk maakt.

Maak Het Snel en Nauwkeurig

De primaire software-eisen van moldmakers zijn de afgelopen jaren consistent gebleven, met focus op hogere productiviteit, merkte Ben Mund, senior market analyst, CNC Software Inc. (Tolland, CT), ontwikkelaar van Mastercam CAD/CAM-software. “Die behoefte strekt zich door het hele proces, wat de trends drijft die we zien in CAD/CAM-software-ontwikkeling - sneller op de machine, sneller van de machine, en kwaliteit die zo hoog mogelijk is.

“Een andere groeiende trend is connectiviteit in productie - ervoor zorgen dat software, machines en werkvloerprocessen allemaal met elkaar praten,” zei Mund. “Bij CAM zul je dat zien met verbindingen met gereedschapsbibliotheken, inspectie, shop-monitoring, en andere items. Het is allemaal onderdeel van ervoor zorgen dat winkels klaar zijn voor de shift naar digitale productie.”

Sleutel tot de productiviteitsquest is een efficiënt CAD/CAM-systeem, zei Mund, dat gebruikers een overvloed aan tools biedt om het werk snel en gemakkelijk te doen. “Het begint met CAD; winkels hebben een toenemende behoefte aan specialistische CAD-tools die hen helpen een concept of onderdeelmodel om te zetten in een productiemold,” stelde Mund. “Dit betekent ontwerptools voor modelvoorbereiding, solid-modelreparatie, gatvulling, fixture-creatie, en hooggefocuste behoeften zoals elektrodes, kern/kaas-model-scheiding, en parting-line-creatie - alle dingen die moeten gebeuren voordat een gereedschap ook maar metaal aanraakt.”

Eenmaal de staal op de machine is, blijven winkels aggressief pushen voor kortere cyclus tijden, voegde hij toe. “Een van de grootste gebieden waar moldmakers naar kijken is de meest efficiënte manier om bulk-materiaal te verwijderen tot near-net-shape. Vooruitgang in 'slimme' ruwfreestoolpaths drijft de bewerkingstijd dramatisch naar beneden. Natuurlijk is de precisie en kwaliteit van de eindmold wat het meest uitmaakt, en hier kijken winkels nauwer naar niet alleen nieuwe toolpath-beweging, maar nieuwe gereedschappen, die allemaal ondersteund moeten worden door hun programmeringssoftware.”

Functies als CNC Software's 'CAD voor CAM' voorbereidingstools blijven een focus, zei Mund, en het bedrijf zal nieuwe tools hebben in de komende Mastercam-release voor het helpen van moldmakers om modellen snel en schoon te repareren, gaten te vullen, en fouten in CAD-modellen die ze gekregen hebben te corrigeren. “Deze problemen kunnen lange vertragingen veroorzaken en het minimaliseren ervan helpt ervoor zorgen dat de mold zo snel mogelijk op de machine kan.”

Naast Mastercam's Dynamic Motion-engine, heeft de software ook een nieuwe NC-programmeringstechniek genaamd Accelerated Finishing, voegde Mund toe. “Het laat winkels nieuwe gevormde gereedschappen gebruiken op de manier waarop ze bedoeld zijn. We werken nauw samen met gereedschapsfabrikanten bij het ontwikkelen van gesneden strategieën gericht op ovale vormfrezen, barrel-frezen, taper-frezen, lens-vormige frezen, etc.,” zei hij. “Wanneer correct geprogrammeerd, kunnen deze frezen een klein-diameter gereedschap een grote effectieve snijradius laten hebben, wat cyclus-tijd kan verminderen, oppervlakte-afwerking verhogen, of beide.”

Makkelijkere, Slimmere Oplossingen Vinden

Software gebruiksgemak staat bovenaan bij mold-ontwerpers en -bouwers, zei Anthony Yang, president en medeoprichter van CoreTech System Co. Ltd. (Farmington Hills, MI, en Hsinchu, Taiwan), ontwikkelaar van de Moldex3D CAE-suite van moldmaking-simulatie-applicaties.

Functies als conformele koeling maken het plastic-injectiemold-productieproces makkelijker en efficiënter, maar gebruikers zoeken software die veel makkelijker te gebruiken is, merkte Yang op. “De huidige trend is naar vooraf-simulaties met DFM [Design for Manufacturability],” voegde hij toe, “en een andere hoofdtrend is om de software slimmer te maken.”

Vandaag de dag stelt software gebruikers in staat om gemakkelijker randvoorwaarden in te stellen en een mesh te creëren, zei hij. “Je simuleert hoe de mold reageert en je moet specificeren waar de warmte vandaan komt. Het is niet makkelijk te ontwerpen.” Hoe makkelijker de software te gebruiken is, hoe beter voor moldmakers, die op zoek zijn naar betere gebruikersinterfaces die snellere, efficiëntere mold-ontwerpprocessen toelaten.

CoreTech's Moldex3D-software wordt primair gebruikt in engineering-afdelingen maar ook door onderdeelontwerpers. De Moldex3D-software is geïntegreerd met software als NX Mold van Siemens PLM en het bedrijf werkt ook met de aanbiedingen van grote ontwikkelaars zoals Dassault Systèmes' Solidworks en PTC's Creo CAD/CAM-software.

Bij Faurecia Interior Systems India Pvt. Ltd. (Pune, India), werd de automotive zitmeubel- en interieur-ontwerp gebruikt Moldex3D-simulaties om plastic-injectiemold-interieuronderdelen's vervorming te verminderen om dimensionale precisie te verbeteren. Het bedrijf gebruikte de software op één dashboard-middenconsole-fascia met resultaten die omvatten: lassen in zichtbare gebieden vermijden; onderdeelafbuiging verminderen om de gat en flush goed te handhaven binnen de tolerantie voor de onderdeelassemblage; een 68% reductie in gereedschapstuningskosten; en het verlagen van een traditioneel hoge schrootpercentage tot een verwaarloosbaar aantal. Dit was deels mogelijk gemaakt door Moldex3D's vervormingsvoorspellings-simulaties.

Complexiteit Drijft Processen

Naarmate gereedschappen voor complexe producten zijn toegenomen, keren mold-en-matrix-winkels, samen met andere fabrikanten, zich toe naar geavanceerde productieprocessen. “Automatisering en integratie zijn enablers voor onze klanten om gereedschapsverbeteringen te maken, met tool-ontwerp-workflow-optimalisatie en validatietools om producten nauwkeuriger te maken,” merkte Himanshu Iyer, NX product marketing manager, Siemens PLM Software (Plano, TX). Paramount voor fabrikanten, zei hij, is “ervoor zorgen dat fouten, als er welke zijn, zo vroeg mogelijk in de ontwerpcyclus worden gevangen. We weten allemaal hoe duur het is om later in het proces mee om te gaan, en we moeten het proces efficiënter maken.”

Slecht communicatie tussen OEM's en leveranciers veroorzaakt vaak pijn verderop in productontwikkeling. “Eén van de kwesties is betrokkenheid van klanten vroeg in de ontwerpfase,” merkte Daks Azhagappan, productmanager voor NX Mold Wizard. “Je moet kijken naar alle produceerbaarheidskwesties. Het kost ze tijd en geld tenzij ze heel nauw samenwerken. Veel van onze klanten, de meeste gereedschapswinkels, vragen: hoe werk ik met OEM's vroegtijdig?”

Met CAE-tools in NX, aangedreven door de Moldex3D-engine, kunnen gebruikers meshes verbeteren om betere algehele ontwerpen te krijgen. “Eén ding in het verleden was om door tryouts te gaan,” zei Azhagappan. “Een probleem waar ze tegenaan lopen is vervorming. Eén ding is om terug te keren in het ontwerp en de koeling te veranderen. Dan kunnen ze zeggen 'hoe kan ik de vervorming compenseren?'” De mesh-transformator toegevoegd aan NX 10 stelt gebruikers in staat om meshes te optimaliseren en die informatie in hun CAD-omgeving te brengen.

De nieuwste tools staan gebruikers toe om mesh-transformaties in twee stadia te doen, in de ontwerpfase en in de CAE-software, merkte hij op. Met de Moldex3D-moldflow-analyse, “hebben we veel van die capaciteiten geïntegreerd in NX,” voegde Azhagappan toe.

Snellere bewerkingstechnieken in NX CAM spelen ook een grote rol in het verhogen van moldmaking-productiviteit en het bereiken van snellere bewerkingstijden met high-speed-technologie, merkte Sashko Kurciski, Siemens product marketing manager, manufacturing solutions en NX CAM. “We reduceren bewerkingstijden met 60% in sommige gevallen,” zei hij. “Het kan [ook] gereedschapsleven met vier keer verlengen.”

Met de nieuwste NX 12 CAM heeft Siemens een intern ontwikkelde high-speed ruwfreestrategie toegevoegd die componententechnologie gebruikt. “Het is een nieuwe technologie voor ons die vergelijkbaar is met Volumill maar in sommige gevallen beter,” zei Kurciski. “Het is geen add-on.”

Additieve technologie is een andere belangrijke factor. “Het zal verschillende impacten hebben op de gereedschapsindustrie, naar onze mening. Een van die gebieden is conformele koeling,” zei Iyer. “Met additieve technieken zien we klanten al anders nadenken.”

Met hybride subtractieve/additieve machines op de markt, is het voordeel het kunnen automatiseren van processen aan beide kanten van de machine en tussen die kanten, zei Kurciski. Een winkel kan een mold bouwen met de additieve kant met interne koelkanalen, en dan “kun je dezelfde machine gebruiken om de hoge-kwaliteit oppervlaktes te bereiken die ze nodig hebben voor molds.”

Bewerking Versnellen, AM Toevoegen

Sneller frezen is cruciaal voor moldmakers, en CAD/CAM-ontwikkelaars bieden meerdere manieren om daar te komen. “Het is geen grote onthulling dat moldmakers vandaag onder zoveel druk staan als ooit,” merkte Clinton Perry, product marketing manager voor PowerMill bij Autodesk Inc. (San Rafael, CA). “Ze staan dagelijks voor de uitdaging klantverwachtingen te halen: leveringtijden verkorten, onderdeelkwaliteit handhaven of verbeteren en kosten minimaliseren, allemaal om een [hoog] niveau van klantenservice te bieden. Tegelijkertijd moeten moldmakers een oog houden op de typen opkomende tech die hen een competitieve rand kunnen geven.”

Om aan deze eisen te voldoen, hebben moldmakers software nodig die klantontwerpen snel omzet in hoogwaardige tooling. “Snelheid is ongetwijfeld de nummer een uitdaging hier. CAD/CAM/CAE-software moet de hele ontwerp-, simulatie- en productieworkflow stroomlijnen om de algehele time-to-market te verkorten,” zei Perry. “Verbeteringen in hardware-capaciteit hebben zeker geholpen - zoals 64-bit-processors, multicores en cloud-computing - maar er is iets fundamenteelers. Autodesk en andere softwarebedrijven blijven modellerings-tools ontwikkelen die helpen klantmodellen importeren en ze snel omzetten in bruikbare tooling. Dit proces vereist vaak een graad van modelreparatiewerk om fouten in geïmporteerde data te fixen.”

CAD-modelleringsproducten, zoals Autodesk PowerShape, bieden tools om reparaties te voorkomen die vertragingen veroorzaken, voegde hij toe. De meest capabele modelleringssoftware kan geïmporteerde CAD-bestanden analyseren om problemen te identificeren en (automatisch) te fixen die downstream-productie kunnen compliceren, zei Perry, en oppervlakte-, solid- en direct-modellerings-tools staan moldmakers toe om klantontwerpen dan snel om te zetten in tooling.

Een andere grote trend is physics-gebaseerde simulatie, zei Mark Hennebique, Autodesk simulation business line manager. Simulatie stelt ontwerpen in staat om 'afgetekend' te worden voordat een blok staal is bewerkt.

Simulatie-software zoals Autodesk Moldflow's analytische tools kan gebruikt worden in het ontwikkelproces om de produceerbaarheid van het onderdeelontwerp en de prestaties van de mold-tooling op een vroeg ontwerpstadium te optimaliseren, zei Hennebique. “Simulatie stelt meerdere ontwerpen in staat om geprobeerd en getest te worden, met snelle feedback om de impact op moldingscyclus en onderdeelkwaliteit te bevestigen. Variabelen zoals gate-positie, wanddikte, moldingsproces, koelcircuit-ontwerp, en materiaaleigenschappen kunnen allemaal gewijzigd worden met snelle feedback om vertrouwen op te bouwen dat de mold de verwachte resultaten levert op de eerste moldingscyclus.”

In de nieuwste Moldflow-release hebben gebruikers nu toegang tot meer dan 10.000 materialen in de publieke materiaaldatabase, zei hij. “Met toegang tot meer materialen, zullen gebruikers in staat zijn om de impact van het productieproces op de eindelijke vorm en produceerbaarheid te zien, wat hen de capaciteit geeft om de juiste proces/materiaal-combinatie te kiezen om aan de projectbehoeften te voldoen. Gebruikers zullen ook andere prestatieverbeteringen zien, variërend van solver-snelheid tot operationele snelheid, wat het nog makkelijker maakt om naar een oplossing te bewegen.” Bovendien zal Moldflow verzonden worden met Autodesk Fusion 360, wat gebruikers toegang geeft tot verbeterde interoperabiliteit en CAD/CAE-capaciteit om te itereren op ontwerpen en data te delen, onder andere voordelen.

De opkomst van 3D-printen als productietool biedt moldmakers de kans om te veranderen hoe molds ontworpen en gemaakt worden, voegde Perry toe. “Een geweldig voorbeeld ziet 3D-printen gebruikt om molds te ontwerpen die koelkanalen bevatten die de vorm die gemold wordt nauwkeuriger volgen. Deze conformele koelkanalen laten moldingscyclus-tijden inkrimpen.” Moldmakers als Fado, zei Perry, gebruiken nu Autodesk-ontwerp- en productiesoftware om conformele koeling toe te voegen aan een toenemend aantal van hun molds.

Nieuwe Mold-module

Een andere nieuwe update van Vero Software is de VISI 2018 R1 die een nieuwe Mold Tool-module introduceert gebaseerd op VISI's Assembly-Ng-technologie. Deze herontwikkelde module biedt meer flexibiliteit bij het construeren van leveranciers- en niet-standaard gereedschapsconfiguraties. Aanpasbare sjablonen, inclusief het beheer van lege en voorgeboorde platen, staan eenvoudige gereedschapslay-outcreatie en verbeterde bewerking in elk ontwerpstadium toe.

“De nieuwe Mold Tool biedt een groter niveau van flexibiliteit voor zowel gereedschapscreatie als geavanceerde bewerking. Dit stelt aanpassingen in op elk stadium van gereedschapsontwerp. Alle assemblage-onderdelen worden automatisch bijgewerkt wanneer plataanpassingen worden gemaakt, inclusief component-kaviteit-productiedata,” zei Marco Cafasso, Vero's VISI-productmanager.

Verbeteringen zijn aangebracht in de plastic-flow vervormingsvoorspellingsmodule om resultaatnauwkeurigheid voor complexe technische polymeren te verbeteren. Deze verbeteringen zijn bereikt door een complete herziening van de algoritmes voor de houdfase, aldus het bedrijf. Druk- en stroomsnelheidsberekeningsaanpassingen, gecombineerd met de nieuwe vormoplosser, kunnen de berekeningstijden voor het proces met tot 40% verminderen.

Simulaties Verifiëren

Mold-ontwerpers hebben strakke toleranties, dus het voorkomen van kleine fouten en insnijdingen is belangrijk, merkte Gene Granata, Vericut-productmanager voor CGTech (Irvine, CA). “Mold-programma's zijn typisch veel en groot, dus offline-verificatie is cruciaal om machines draaiende te houden. Gebruikers kunnen simulaties in batch-proces draaien om te verzekeren [dat al] de NC-programma's de eindmold zullen creëren die je van ze verwacht. Ook, met meer productiemethoden beschikbaar om molds te creëren [frezen, AM, EDM die-zonken, etc.], kan simulatie-software waardevolle informatie bieden om winkels te helpen productietijden voorspellen en optimale productiesnelheden te handhaven.”

Gecomprimeerde tijdschema's betekenen dat moldmakers op zoek zijn naar manieren om slanker en sneller te werken, voegde hij toe. “Vericut Force is een physics-gebaseerd NC-programma-module dat snijvoorwaarden micro-analyseert en programma-voedersnelheden optimaliseert om ideale chipdikten te bereiken, maar zonder de krachtlimieten van het gereedschap of de spindevermogen van de machine te overschrijden. Force-optimalisatie creëert het meest effectieve NC-programma mogelijk voor een gegeven snijgereedschap, staalmateriaal, en bewerkingsomstandigheden. Het resultaat is significante tijdsbesparing, hogere kwaliteit onderdelen met betere oppervlakte-afwerkingen, en verbeterde snijgereedschaps- en machinlevensduur,” zei hij.

De interesse in AM onder moldmakers is scherp, merkte Granata op, en de nieuwe Vericut Additive Module simuleert zowel additieve materiaaldedepositie als traditionele bewerkingscapaciteiten op nieuwe hybride CNC-machines. “AM op hybride machines kan het bouwen van bepaalde precisie-molds, en mold-reparaties, makkelijker en sneller maken. En met additieve programmeringssoftware die capabeler wordt, zien we een nieuwe trend: de wens om elk productieproces, in elke volgorde, te simuleren, om het vertrouwen [dat ze] het eindonderdeel zullen maken dat bedoeld was, te verkrijgen,” zei Granata. “Gebruikers vertrouwen op onze software om te verzekeren dat alle NC-programma's correct en optimaal op hun CNC-machines zullen draaien. Om het beste werk te doen, moeten gebruikers [kiezen voor] simulatie-software die gedreven wordt door dezelfde NC-code die de machine zal drijven, waardoor het hoogste verificatie-niveau mogelijk gewaarborgd wordt.”