Tilbake til søkeresultatene

BIA-Brukerstyrt innovasjonsarena

Økt verdiskaping gjennom etablering av verdikjede for fremtaking av formverktøy med additiv teknologi.

Alternativ tittel: National value chain for making high productivity additive manufactured injection mold tool inserts

Tildelt: kr 5,9 mill.

Prosjektnummer:

281967

Prosjektperiode:

2018 - 2021

Midlene er mottatt fra:

Sprøytestøping er en produksjonsmetode som benyttes til å fremstille høykvalitets plastkomponenter, slik som bremserørskoblinger til lastebil (Kongsberg Automotive), beskyttelsesdeksel til glassfiber gasstanker (Hexagon Ragasco) og el-produkter (HV Plast). Sprøytestøpte produkter er noe vi alle på en eller annen måte kommer i kontakt med i hverdagen, og som produseres i høye kvantum. Tradisjonelt fremstilles støpeformene fra massivt gods, hvor kjølekanaler bores på kryss og tvers med tetting ved bruk av plugger for å lage en kontinuerlig kanal. Dermed føres kjølevannet til ønsket område. Kjøling benyttes for at den flytende plasten skal stivne før formen åpnes og delen tas ut. Når additiv tilvirkning benyttes som produksjonsmetode for støpeformer, kan kjølekanaler bygges inn på en mer optimal måte, slik at produksjonstakten kan økes. Kvaliteten på støpet avhenger av verktøyet. Jevn kjøling gjør at dimensjonsnøyaktigheten øker, og spalter i kaviteten gjør at luft kan strømme ut når plast skytes inn. Dette er detaljer som kan bygges inn i støpeformen når denne bygges additivt. Prosjektet har fokusert på å forbedre dagens sprøytestøpeverktøy ved å bygge de additivt. Det er fem hovedpunkter det er satt særlig vekt på: 1. Simulering av støpeprosessen for optimalisering av verktøydesign. Optimalisering av kjølekanaler er vanskelig, spesielt når den geometriske friheten er stor som ved additiv tilvirkning. Derfor er det nødvendig med termiske og flyt-simuleringer av støpeprosessen og det omliggende systemet. Simulering er et viktig hjelpemiddel for å bestemme hvordan kjølekanalene burde utformes for å være mest mulig gunstig. Slike resultater er med på å bygge vår kunnskapsdatabase for videre utforming av additive verktøy. Kjente problemer kan dermed unngås uten å ta i bruk dyr simulering ved neste utforming av verktøy. For å oppnå dette knyttes denne verdikjeden sammen i Norge, bestående av sprøytestøpere, verktøymaker og additive tilvirkere. 2. Nye (fantasi) kjølekanaler for bedre effekt, utført på en kostnadseffektiv måte. Prosjektet har tatt frem noen svært attraktive kjølekonsepter som har fått navnet splitt-kjøling og lamell-kjøling. Simulering viser at disse konseptene er generelt gode på kjølekapasitet, strømning og formnøyaktighet. 3. Forbedring av additivt bygde luftekanaler i verktøyet. Prosjektet har brukt 3D-mikroskopi for å optimalisere utforming av ventilering av luft. Tidlige løsninger i prosjektet har vist at det har vært inntrenging av plast i ventileringshullene, men nyere parametere med svært fine hullmatriser i formverktøyets overflate har vist seg bedre egnet. Denne studien er ikke avsluttet, men resultatene er lovende. Det er nå testet over 20 innsatser med denne typen forbedring. Ventileringen fører til at problemer med brenning av verktøy unngås og kan i enkelte områder føre til at formen fylles raskere eller på lavere trykk. 4. Reparasjon av verktøy med Directed Energy Deposition Sprøtestøpeverktøy er kostbare. Reparasjon av verktøy er gjennomført med hell ved bruk av additiv tilvirkning. Dette gjøres ved å gjenoppbygge slitte detaljer. På den måten kan slitte verktøy gjenbrukes, noe som fører til kostnadsreduksjon. Dette brukes nå på flere verktøy og er også svært bra om det skulle skje en feil i maskinering eller tilpassing av nye verktøy. 5. Additiv bygging av multi-materiale verktøy for optimal varmeledningsevne og slitasjemotstand. Prosjektet har sett på bruk av legert bronse med H13. Sammenbindingen av disse materialene har vist at det er fullt mulig å lage kompliserte multi-materiale verktøy. Den legerte bronsen leder varme svært bra, mens H13 er et populært verktøystål innen sprøytestøping. Additiv bygging av massive deler er tids- og kostnadsdrivende, og det er derfor sett på muligheten for å fjerne gods i støpeformer for å minimere produksjonskostnadene. Det er funnet at det ikke er noen god løsning å erstatte godset med lette strukturer, ettersom dette ikke vil gi noen endring i kostnadsbildet. Derfor har prosjektet kommet til at hybride løsninger er veien å gå for større verktøyinnsatser. Det som er sikkert, er at alle ledd i verdikjeden sparer på å benytte seg av hybride bygg ved at tidsforbruk og kostnader reduseres ved rett implementering. Videre er det klart at dette gjør at implementering av additive former enda blir mer aktuelt, siden det til slutt vil handle om et forhold mellom kost og nytte. Prosjektet har simulert flere mulige løsninger for slike deler og ser nå på å lage helt nye løsninger for kjøling av støpe-bakker. Ved å bygge en kunnskapsbase hos de involverte bedrifter, har sprøytestøperne begynt å etterspørre bedre verktøy, verktøymakeren har begynt å ta i bruk additive metoder i sine verktøy på en god måte, og tilbyderen av additiv produksjon har mulighet til å produsere flere deler. Dermed tjener alle i verdikjeden på å sitte på den kunnskapen prosjektet har skapt.

Prosjektet har jobbet med å forbedre dagens teknologi innen sprøytestøpeverktøy ved bruk av additiv tilvirkning. Verktøyteknologien er avgjørende for norsk konkurransekraft, i en internasjonal bransje. Hvor små forbedringer i verktøyet utgjør store tall på bunnlinjen. Prosjektet har greid å knytte sammen denne verdikjeden i Norge, bestående av sprøytestøpere, verktøymaker og additive tilvirkere. Ved å bygge en kunnskapsbase hos de involverte bedriftene, har sprøytestøperne begynt å etterspørre bedre verktøy muliggjort av additiv teknologi, verktøymakeren har begynt å ta i bruk avansert additiv teknologi i sine verktøy, og tilbyderen av additiv produksjon får flere oppdrag. Dermed tjener alle i verdikjeden på å sitte på den kunnskapen prosjektet har skapt.

Prosjektets overordnede idé er å utvikle en kommersiell verdikjede som skal tilby norske sprøytestøpere formverktøy framstilt med additiv teknologi, og denne verdikjeden skal være en drivende kraft for utvikling av nye innovative additive løsninger til sprøytestøpebransjen. Norske sprøytestøpere er avhengig av høy produktivitet for å kunne konkurrere i et globalt marked. Implementering av ny og effektiv produksjonsteknologi samt automatisering er viktige produktivitetsfremmende tiltak. Det er imidlertid krevende å skaffe slike verktøy tilveie, da norske verktøymakerbedrifter ikke har additivt produksjonsutstyr, og liten erfaring i å konstruere slike verktøy. Verktøyene kjøpes derfor i dag fra utlandet. Anskaffelse av høyteknologiske verktøy i utlandt bryter med langvarige utviklede samarbeidsbånd mellom norske sprøytestøpere og verktøymakere, et samarbeid som har vist seg svært fruktbart. Det eksisterer derfor et ønske om at additiv teknologi kan utvikles i gjennom etablerte leveransekjeder. I Norge finnes det kompetente aktører innen konstruksjon/design og produksjon med additiv teknologi, men resursene er spredd i ulike virksomheter. Fremtaking av formverktøy med additiv teknologi i Norge, kan best skje gjennom en tett integrert verdikjede bestående av: bedrifter innen additiv produksjon, verktøymakerbedrifter og sluttbrukere. Det har også tilkommet flere additivprodusenter i Norge i det siste, bed en teknologi som kan revolusjonerer verktøyfremstilling, og sokm i verdikjeden vil bidra med spissteknologi. To store teknologiske nyvinninger innen sprøytestøpeverktøy er formtilpasset kjøling og ventilering av gass fra formrommet, begge realisert gjennom bruk av additiv teknologi. Dette bidrar til økt produktivitet, forbedret produktkvalitet, forbedret overflatebeskaffenhet, økt verktøylevetid og reduksjon av vrakproduksjon. Den mest fremtredende forskningsutfordring er knyttet til metoder for optimalisering av verktøydesign ved bruk av simulering.

Budsjettformål:

BIA-Brukerstyrt innovasjonsarena