Optimización de canales conformales para moldes de inyección utilizando el método de elementos finitos y manufactura aditiva de polímeros.
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Abstract in spanish
RESUMEN: la manufactura aditiva podría definirse como el proceso de unión de materiales para fabricar una pieza a partir de un modelo 3D, comúnmente diseñado por computador. En el proceso de inyección de plástico, la fase de enfriamiento determina la duración del ciclo en el proceso. Tasas de enfriamiento controladas y partes que no alcanzan la temperatura de eyección, son limitaciones a las que se enfrentan los canales tradicionales en el proceso de inyección. Con este trabajo se busca evaluar unos nuevos canales de enfriamiento más eficientes. Los canales conformales son un nuevo método de diseño para los canales de enfriamiento en un molde de inyección, que tienen el objetivo de tener mayor eficiencia, menor tiempo en el enfriamiento e incremento en la producción. En este trabajo se realizó un diseño de experimentos basándonos en el diseño factorial para probar las diferentes variables que afectan el desempeño de los canales conformales. Además, se hicieron simulaciones para cada una de las configuraciones con el fin de encontrar cual era el diseño con mejor rendimiento para fabricar los canales. Finalmente, se imprimió un modelo de la pieza con la mejor configuración según las simulaciones para realizar pruebas de funcionamiento iniciales. Los canales de sección semicircular tuvieron un mejor desempeño mostrando un menor tiempo de enfriamiento, esta reducción de tiempo puede ser significativo en la industria donde se requiera altos volúmenes de inyección de piezas.
Abstract in english
ABSTRACT: Additive manufacturing could be defined as the process of joining materials to make a part from a 3D model, commonly designed by computer. The particularity of this manufacturing process is that it is manufactured layer by layer, unlike traditional manufacturing methods such as casting and subtractive manufacturing. The polymer injection molding process is a process that has not stopped growing in the industry due to the economic and technical benefits it has when compared to other manufacturing methods. This process consists of melting a polymer and flowing it into a mold at a given pressure and temperature. In the plastic injection molding process, the cooling phase determines the cycle time in the process. cycle time in the process. Controlled cooling rates and parts that do not reach ejection temperature are limitations faced by traditional channels in the injection molding process. A smaller temperature difference between nodes indicates greater uniformity in the cooling process, therefore there will be a more uniform volumetric shrinkage and less tendency to deform the part during solidification. This work seeks to evaluate new, more efficient cooling channels. Conformal channels are a new design method for the cooling channels in an injection mold, with the objective of having greater efficiency, shorter cooling time and increased production. The results show that using CCC instead of SD that using CCC instead of SDCC for most of the cases, improves production by 5% and decreases, on average, 1 second in cooling time. In this work, a design of experiments based on factorial design was carried out to test the different variables that affect the performance of the conformal channels. For this, the channel geometry, channel diameter and distance to the part were taken into account. In addition, simulations were performed for each of the configurations in order to find the most efficient design for manufacturing the channels. Finally, a model of the part with the best configuration according to the simulations was printed for initial test runs.