Acelere la fabricación de moldes: Optimizando diseño y producción con CAD/CAM y CAE avanzados

Con el último software CAD/CAM y CAE, los fabricantes de moldes pueden acelerar enormemente el diseño y comprimir el ciclo de fabricación para moldes y matrices de alta calidad

Los fabricantes de moldes están bajo presión constante para acelerar el proceso de fabricación de moldes, mejorando sus procesos y calidad de producto mientras impulsan la productividad. Para cumplir sus objetivos, los fabricantes de moldes emplean el último software de moldes, aprovechando nuevas técnicas en CAD/CAM y CAE, con simulaciones enormemente mejoradas para refrigeración conformal y otras características clave en fabricación de moldes y matrices.

Las aplicaciones usadas en procesos de moldes y matrices van desde software CAD/CAM de la mayoría de grandes desarrolladores hasta software CAE sofisticado ofreciendo simulaciones y análisis detallados del ajuste y acabado de un producto, rendimiento térmico y factores diferenciadores clave. Entre estos paquetes de moldes hay paquetes integrados que permiten correr dentro del CAD/CAM principal del diseñador, permitiendo transiciones fáciles de diseño a simulación y análisis del potencial de una pieza.

Hágalo rápido y preciso

Los requisitos principales de software de fabricantes de moldes se han mantenido consistentes en los últimos años, centrándose principalmente en mayor productividad, señala Ben Mund, senior market analyst de CNC Software Inc. (Tolland, CT), desarrollador de Mastercam CAD/CAM. "Esa necesidad se extiende a lo largo de todo el proceso, impulsando las tendencias que vemos en desarrollo de software CAD/CAM —más rápido en la máquina, más rápido fuera de la máquina, y calidad tan alta como sea posible.

"Otra tendencia creciente es conectividad en fabricación —asegurando que software, máquinas y procesos de planta hablen entre sí", dijo Mund. "Con CAM, verás eso con conexiones a bibliotecas de herramientas, inspección, monitorización de planta, y otros elementos. Es todo parte de asegurar que los talleres estén listos para el cambio a fabricación digital."

Clave para la búsqueda de productividad es un sistema CAD/CAM eficiente, dijo Mund, uno que ofrezca a usuarios una plétora de herramientas para hacer el trabajo rápido y fácil. "Empieza con CAD; los talleres tienen una necesidad creciente de herramientas CAD especializadas que les ayuden a convertir un concepto o modelo de pieza en un molde de producción", afirmó Mund. "Esto significa herramientas de diseño para preparación de modelo, reparación de modelo sólido, relleno de huecos, creación de utillajes, y necesidades muy enfocadas como electrodos, separación de modelo núcleo/cavidad, y creación de línea de partición —todo lo que debería pasar antes de que una herramienta toque metal."

Una vez el material está en la máquina, los talleres continúan una presión agresiva por tiempos de ciclo más rápidos, añadió. "Una de las áreas más grandes que miran los fabricantes de moldes es la forma más eficiente de remover material en bruto a forma near-net. Avances en trayectorias de desbaste 'inteligentes' siguen reduciendo dramáticamente el tiempo de mecanizado. Por supuesto, la precisión y calidad del molde final es lo que más importa, y aquí los talleres miran más de cerca no solo nuevo movimiento de trayectoria, sino nuevas herramientas, todas las cuales necesitan ser soportadas por su software de programación."

Características como las herramientas de prep "CAD para CAM" de CNC Software siguen siendo un foco, dijo Mund, y la compañía tendrá nuevas herramientas en su próximo lanzamiento de Mastercam para ayudar a fabricantes de moldes a arreglar modelos rápida y limpiamente, parchear huecos, y corregir errores en modelos CAD que les dan. "Estos problemas pueden causar largos retrasos y minimizarlos ayuda a asegurar que el molde pueda subir a la máquina lo más rápido posible."

Además del motor Dynamic Motion de Mastercam, el software también tiene una nueva técnica de programación NC llamada Accelerated Finishing, añadió Mund. "Permite a talleres usar nuevas herramientas formadas como se pretende. Trabajamos estrechamente con fabricantes de herramientas desarrollando estrategias de corte dirigidas a fresas de forma oval, barril, cónicas, lente, etc.", dijo. "Cuando se programan correctamente, estas fresas pueden permitir a una herramienta de diámetro pequeño tener un radio de corte efectivo grande, lo que puede reducir tiempo de ciclo, aumentar acabado superficial, o ambos."

Encontrando soluciones más fáciles e inteligentes

La facilidad de uso del software está en lo alto entre diseñadores y fabricantes de moldes, dijo Anthony Yang, presidente y co-fundador de CoreTech System Co. Ltd. (Farmington Hills, MI, y Hsinchu, Taiwán), desarrollador de la suite CAE Moldex3D de aplicaciones de simulación para moldes.

Características como refrigeración conformal hacen el proceso de fabricación de moldeo por inyección de plástico más fácil y eficiente, pero los usuarios buscan software que sea mucho más fácil de usar, notó Yang. "La tendencia actual es hacia simulaciones upfront con DFM [Design for Manufacturability]", añadió, "y otra tendencia principal es hacer el software más inteligente."

El software actual permite a usuarios configurar más fácilmente condiciones de contorno y crear una malla, dijo. "Simulas cómo reacciona el molde y debes especificar de dónde viene el calor. No es fácil de diseñar." Cuanto más fácil sea el software de usar, mejor para fabricantes de moldes, que buscan mejores interfaces de usuario que permitan procesos de diseño de moldes más rápidos y eficientes.

El software Moldex3D de CoreTech se usa principalmente en departamentos de ingeniería pero también por diseñadores de piezas. El software Moldex3D está integrado con software como NX Mold de Siemens PLM y la compañía también trabaja con ofertas de grandes desarrolladores como Solidworks de Dassault Systèmes y software CAD/CAM Creo de PTC.

En Faurecia Interior Systems India Pvt. Ltd. (Pune, India), el diseño de asientos y interiores de automoción usó simulaciones Moldex3D para reducir el alabeo (warpage) de piezas interiores moldeadas por inyección de plástico para mejorar precisión dimensional. La empresa usó el software en una consola central de salpicadero con resultados que incluían: evitar líneas de soldadura en áreas visibles; reducir deflexión de pieza para mantener hueco y alineación bien mantenidos dentro de tolerancia para el ensamblaje de la pieza; una reducción del 68% en coste de puesta a punto de herramienta; y bajar una tasa de scrap tradicionalmente alta a un número despreciable. Esto fue posible en parte por las simulaciones de predicción de warpage de Moldex3D.

La complejidad impulsa los procesos

Conforme el utillaje para productos complejos ha aumentado, los talleres de moldes y matrices, junto con otros fabricantes, se están volviendo hacia procesos de fabricación avanzados. "Automatización e integración son habilitadores para que nuestros clientes hagan mejoras en utillaje, con optimización de flujo de trabajo de diseño de herramienta y herramientas de validación para hacer productos más precisos", señaló Himanshu Iyer, NX product marketing manager, Siemens PLM Software (Plano, TX). Primordial para fabricantes, dijo, es "asegurar que errores, si los hay, se capturen lo más temprano posible en el ciclo de diseño. Todos sabemos lo caro que es lidiar con esos luego en el proceso, y tenemos que hacer el proceso más eficiente."

La mala comunicación entre OEMs y proveedores a menudo causa dolor más adelante en desarrollo de producto. "Uno de los problemas es involucrar clientes temprano en la fase de diseño", notó Daks Azhagappan, product manager para NX Mold Wizard. "Tienes que mirar todos los problemas de fabricabilidad. Les cuesta tiempo y dinero a menos que trabajen muy de cerca. Muchos de nuestros clientes, la mayoría talleres de herramientas, preguntan: ¿cómo trabajo con OEMs temprano?"

Usando herramientas CAE en NX, impulsadas por el motor Moldex3D, usuarios pueden mejorar mallas para ganar mejores diseños globales. "Una cosa en el pasado era pasar por tryouts", dijo Azhagappan. "Un problema al que se enfrentan es warpage. Una cosa es volver al diseño y cambiar la refrigeración. Luego pueden decir '¿cómo compenso el warpage?'" El mesh transformer añadido a NX 10 permite a usuarios optimizar mallas y traer esa información a su entorno CAD.

Las últimas herramientas permiten a usuarios hacer transformaciones de malla en dos etapas, en la etapa de diseño y en el software CAE, notó. Con el análisis de flujo de molde Moldex3D, "tenemos muchas de esas capacidades integradas en NX", añadió Azhagappan.

Técnicas de mecanizado más rápidas en NX CAM también juegan un papel enorme en impulsar productividad de fabricación de moldes y lograr tiempos de mecanizado más rápidos con tecnología de alta velocidad, señaló Sashko Kurciski, Siemens product marketing manager, manufacturing solutions y NX CAM. "Estamos reduciendo tiempos de mecanizado en un 60% en algunos casos", dijo. "También puede extender vida de herramienta hasta cuatro veces."

Con el último NX 12 CAM, Siemens ha añadido una estrategia de desbaste de alta velocidad desarrollada internamente que usa tecnología de componentes. "Es una tecnología nueva para nosotros que es similar a Volumill pero en algunos casos es mejor", dijo Kurciski. "No es un add-on."

La tecnología aditiva es otro factor importante. "Tendrá varios impactos en la industria de la herramienta, en nuestra opinión. Una de esas áreas es refrigeración conformal", dijo Iyer. "Con técnicas aditivas, vemos clientes ya pensando en cosas de forma diferente."

Con máquinas híbridas sustractivas/aditivas en el mercado, la ventaja es poder automatizar procesos en cualquiera de los dos lados de la máquina y entre esos lados, dijo Kurciski. Un taller puede construir un molde con el lado aditivo con canales de refrigeración internos, y luego "puedes usar la misma máquina para lograr las superficies de alta calidad que necesitan para moldes."

Acelerando mecanizado, añadiendo AM

Mecanizar más rápido es clave para fabricantes de moldes, y desarrolladores CAD/CAM ofrecen múltiples formas de llegar ahí. "No es gran revelación que los fabricantes de moldes están bajo tanta presión hoy como nunca", señaló Clinton Perry, product marketing manager para PowerMill en Autodesk Inc. (San Rafael, CA). "Enfrentan el reto diario de cumplir expectativas de cliente: reducir plazos de entrega, mantener o mejorar calidad de pieza y minimizar costes, todo para ofrecer un [alto] nivel de servicio al cliente. Al mismo tiempo, los fabricantes de moldes tienen que estar atentos a tipos de tech emergente que podrían darles ventaja competitiva."

Para cumplir estas demandas, los fabricantes de moldes necesitan software que convierta rápidamente diseños de cliente en utillaje de alta calidad. "La velocidad es sin duda el reto número uno aquí. El software CAD/CAM/CAE necesita agilizar todo el flujo de trabajo de diseño, simulación y fabricación para acortar el time-to-market global", dijo Perry. "Mejoras en capacidad de hardware ciertamente han ayudado —como procesadores 64-bit, multicores y cloud computing— pero hay algo más fundamental. Autodesk y otras empresas de software siguen desarrollando herramientas de modelado que ayudan a importar modelos de cliente y convertirlos rápidamente en utillaje usable. Este proceso a menudo requiere cierto trabajo de reparación de modelo para arreglar fallos en datos importados."

Productos de modelado CAD, como Autodesk PowerShape, ofrecen herramientas para evitar que reparaciones causen retrasos, añadió. El software de modelado más capaz puede analizar archivos CAD importados para identificar y (automáticamente) arreglar problemas que podrían complicar fabricación posterior, dijo Perry, y herramientas de modelado de superficies, sólidos y directo permiten a fabricantes de moldes convertir rápidamente diseños de cliente en utillaje.

Otra tendencia mayor es simulación basada en física, dijo Mark Hennebique, simulation business line manager de Autodesk. La simulación permite que diseños sean "firmados" antes de que un bloque de acero haya sido mecanizado.

Software de simulación como las herramientas analíticas de Autodesk Moldflow pueden usarse en el proceso de desarrollo para ayudar a optimizar la fabricabilidad del diseño de pieza y el rendimiento del utillaje de molde en una etapa temprana de diseño, dijo Hennebique. "La simulación permite probar múltiples diseños, con retroalimentación rápida para confirmar el impacto en ciclo de moldeo y calidad de pieza. Variables como posición de punto de inyección, espesor de pared, proceso de moldeo, diseño de circuito de refrigeración, y propiedades de material pueden modificarse con retroalimentación rápida para construir confianza de que el molde entregará resultados esperados en el primer ciclo de moldeo."

En el último lanzamiento de Moldflow, usuarios tienen ahora acceso a más de 10.000 materiales en la base de datos pública de materiales, dijo. "Con acceso a más materiales, los usuarios podrán ver el impacto del proceso de fabricación en forma final de pieza y fabricabilidad, dándoles capacidad de elegir la combinación correcta de proceso/material para cumplir necesidades del proyecto. Los usuarios también verán otras mejoras de rendimiento, desde velocidad del solver a velocidad operacional, haciendo aún más fácil moverse hacia una solución." Además, Moldflow se enviará con Autodesk Fusion 360, proporcionando a usuarios acceso a interoperabilidad mejorada y capacidad CAD/CAE para iterar en diseños y compartir datos, entre otros beneficios.

La emergencia de impresión 3D como herramienta de fabricación ofrece a fabricantes de moldes la oportunidad de cambiar cómo se diseñan y fabrican moldes, añadió Perry. "Un gran ejemplo ve impresión 3D usada para diseñar moldes que incluyen circuitos de refrigeración que siguen más de cerca las formas que se moldean. Estos circuitos de refrigeración conformal permiten reducir tiempos de ciclo de moldeo." Fabricantes de moldes como Fado, dijo Perry, ahora usan software de diseño y fabricación de Autodesk para añadir refrigeración conformal a un número creciente de sus moldes.

Nuevo módulo Mold

Otra nueva actualización de Vero Software es VISI 2018 R1 que introduce un nuevo módulo Mold Tool basado en la tecnología Assembly-Ng de VISI. Este módulo redeveloped proporciona mayor flexibilidad al construir configuraciones de herramienta de proveedores y no estándar. Plantillas personalizables, incluyendo gestión de placas en blanco y pre-taladradas, permiten fácil creación de layout de herramienta y edición mejorada en cualquier etapa de diseño.

"El nuevo Mold Tool proporciona un mayor nivel de flexibilidad tanto para creación de herramienta como para edición avanzada. Esto permite ajustes en cualquier etapa del diseño de herramienta. Todos los componentes de ensamblaje se actualizan automáticamente cuando se ajustan placas, incluyendo datos de fabricación de cavidad de componente", dijo Marco Cafasso, product manager de VISI de Vero.

Mejoras se han hecho en el módulo de predicción de warpage de flujo plástico para mejorar precisión de resultados para polímeros técnicos complejos. Estas mejoras se han logrado con una revisión completa de los algoritmos para la fase de holding, dijo la empresa. Ajustes en cálculo de presión y caudal, combinados con el nuevo shape solver, pueden reducir tiempos de cálculo para el proceso hasta un 40%.

Verificando simulaciones

Los diseñadores de moldes tienen tolerancias ajustadas, así que prevenir pequeños errores y golpes es importante, notó Gene Granata, product manager de Vericut para CGTech (Irvine, CA). "Los programas de molde son típicamente muchos y grandes, así que la verificación offline es clave para mantener máquinas corriendo. Los usuarios pueden correr simulaciones en proceso batch para asegurar [todos] los programas NC crearán el molde final que esperan. También, con más métodos de fabricación disponibles para crear moldes [mecanizado, AM, EDM hundido, etc.], el software de simulación puede proporcionar información valiosa para ayudar a talleres a predecir tiempos de fabricación y mantener tasas de producción óptimas."

Los plazos comprimidos significan que los fabricantes de moldes buscan formas de trabajar más lean y rápido, añadió. "Vericut Force es un módulo de programa NC basado en física que micro-analiza condiciones de corte y optimiza avances de programa para lograr espesores de viruta ideales, pero sin exceder los límites de fuerza de la herramienta o la potencia del husillo de la máquina. La optimización Force crea el programa NC más efectivo posible para una herramienta de corte, material en bruto y condiciones de mecanizado dadas. El resultado es ahorro significativo de tiempo, piezas de mayor calidad con mejores acabados superficiales, y vida mejorada de herramienta de corte y máquina", dijo.

El interés en AM entre fabricantes de moldes es vivo, notó Granata, y el nuevo Vericut Additive Module simula tanto deposición de material aditivo como capacidades de mecanizado tradicional en nuevas máquinas CNC híbridas. "AM en máquinas híbridas puede hacer la construcción de ciertos moldes de precisión, y reparaciones de moldes, más fácil y rápido. Y con software de programación aditivo volviéndose más capaz, vemos una nueva tendencia: el deseo de simular cualquier proceso de fabricación, en cualquier orden, para obtener la confianza [de que] harán la pieza final que se pretendía", dijo Granata. "Los usuarios confían en nuestro software para asegurar que todos los programas NC correrán correctamente, y óptimamente, en sus máquinas CNC. Para hacer el mejor trabajo, los usuarios [deberían] elegir software de simulación impulsado por el mismo código NC que impulsará la máquina, asegurando así el nivel más alto de verificación posible."