Design guidelines for 3D printed plastic tools for sheet metal forming

Global competition propels quick and economic development of product and introduction into the market. A novel integrated developing and manufacturing stream of rapid tooling (RT) is developed to serve the market requirements. Rapid tooling which has developed from Rapid Prototyping (RP) provides reduced cost and time to the fundamental area of prototype tooling. In any manufacturing process such as sheet metal forming the most important phase is in preparation of tools which accounts for the maximum portion of overall manufacturing cost and cycle time. The purpose of this work is to provide some design guidelines for the development of 3D printed plastic tools for sheet metal forming. Two basic sheet metal forming processes V-bending and Deep Drawing were chosen. The numerical analysis was done with the help of simulation software ABAQUS. 2-D models were developed in order to comply with the required experimental setup. Different process, geometrical and operational parameter were selected, and several simulations were run to analyze the mechanical behavior of plastic tools. The simulation results provide the best parameters such as printing orientation, die opening size, draw depth and sheet thickness that gives the best results such as lower value of induced stress-strain, springback and smaller die deformation. Afterward these parameters were also examined by experimental justification and acquired some satisfactory results. It was found that the plastic tools are feasible for sheet metal forming process.

La competizione globale promuove lo sviluppo rapido ed economico del prodotto e l'introduzione nel mercato. Un nuovo flusso integrato di sviluppo e produzione di utensili rapidi (RT) è stato sviluppato per soddisfare le esigenze del mercato. La rapida strumentazione sviluppata da Rapid Prototyping (RP) offre costi e tempi ridotti all'area fondamentale degli strumenti di prototipazione. In qualsiasi processo di produzione come la lamiera che forma la fase più importante è in preparazione di strumenti che rappresentano la parte massima del costo di produzione e del tempo di ciclo complessivi. Lo scopo di questo lavoro è fornire alcune linee guida di progettazione per lo sviluppo di strumenti di plastica stampati in 3D per la formatura di lamiere. Sono stati scelti due processi di formatura di lamiera di base V-bending e Deep Drawing. L'analisi numerica è stata effettuata con l'aiuto del software di simulazione ABAQUS. I modelli 2-D sono stati sviluppati per soddisfare l'impostazione sperimentale richiesta. Sono stati selezionati diversi parametri di processo, geometrici e operativi e sono state eseguite diverse simulazioni per analizzare il comportamento meccanico degli strumenti di plastica. I risultati della simulazione forniscono i parametri migliori come orientamento di stampa, dimensioni di apertura dello stampo, profondità di disegno e spessore del foglio che forniscono i risultati migliori, come il minor valore di sollecitazione da sforzo indotta, ritorno elastico e deformazione di stampo inferiore. Successivamente questi parametri sono stati esaminati anche con giustificazioni sperimentali e hanno ottenuto risultati soddisfacenti. Si è constatato che gli strumenti di plastica sono fattibili per il processo di formatura della lamiera