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Defeaturing del CAD di un inserto stampo con FreeCAD

Il defeaturing di una geometria CAD è una pratica fondamentale nella simulazione degli stampi per materie plastiche. Le geometrie CAD di uno stampo sono infatti ricche di dettagli realizzativi che sono tuttavia inutili quando si va a simularne il suo funzionamento. Normalmente appena importato il file STEP l’operatore si trova di fronte una serie di piccole raggiature, fori, marchiature e altri dettagli geometrici che non danno alcun valore aggiunto alla simulazione. La dimensione di una mesh ricavata da un file CAD segue il rapporto tra la dimensione caratteristica dell’oggetto e la taglia minima dell’elemento necessaria per rappresentare tutti i dettagli geometrici, maggiore il numero di dettagli, maggiore il numero di elementi della mesh. Diventa così chiaro quanto sia importante eliminare tutti i dettagli superflui per non avere a che fare con una mesh composta da diversi milioni di elementi (quasi proibitiva per utilizzo FEM, accettabile su cluster per CFD) solo per simulare uno stampo di piccole dimensioni o un suo inserto.


Parafrasando la cultura pop: “da grandi mesh derivano grandi tempi di calcolo”.

Questo non significa che bisogna semplificare tutto all’inverosimile, una geometria troppo semplificata non è in grado di rappresentare correttamente i fenomeni fisici che avvengono durante la simulazione del ciclo di stampaggio. Tocca all’operatore definire quali dettagli sono caratteristici dello stampo e quali sono inutili in fase di simulazione.

Chi opera spesso “conto terzi” sa benissimo quanto servano gli strumenti in grado di semplificare una geometria che nella maggior parte dei casi giunge in un formato di scambio come .step, .brep o .igs. Ovviamente la soluzione migliore resta sempre quella di operare sul file CAD proprietario ove è stato disegnato, in questo modo si eliminano in maniera rapida e precisa tutte le piccole raggiature e fori superflue ai fini della simulazione. Quando questo non è possibile si può risparmiare notevole tempo utilizzando software specifici per il defeaturing delle geometrie CAD.

Tralasciando le soluzioni commerciali, in questo breve articolo vogliamo suggerirvi una soluzione completamente opensource e già dotata di buona automazione, essenziale per ridurre i tempi necessari al defeaturing.

Programma : FreeCAD

Modulo : Defeaturing Workbench

FreeCAD possiede un utilissimo add-on dedicato al defeaturing delle geometrie importate. A questo link la guida in inglese all’installazione ed utilizzo del “Defeaturing Workbench” (P.S. a breve vi proporremo una versione italiana di questa guida).


 

ESEMPIO APPLICATIVO

Di seguito vi mostriamo l’efficacia del defeaturing nel realizzare la mesh di un inserto stampo per lo stampaggio con canali caldi (hot runners) e raffreddamento conformato (conformal cooling).

defeat img1

A sinistra la geometria originale composta da una serie di dettagli realizzativi sull’esterno boccola quali:

  • il canale di raffreddamento(in blu),
  • le sedi delle guarnizioni di tenuta,
  • una serie di raggiature di collegamento tra i vari cambi spessori.

A destra è la geometria dopo defeaturing in cui sulla superficie esterna è rimasto il solo canale di raffreddamento con le sue raggiature.

La semplificazione è stata effettuata ai fini dell’analisi con Mold-Up, il nostro software per la simulazione dell'avvio stampo, mantenendo correttamente rappresentata solo la geometria del canale di raffreddamento (in blu nell'immagine precedente). Nell'immagine seguente sono evidenziate in rosso le superfici sottoposte a defeaturing con FreeCAD.

defeat img2

E per quanto riguarda la mesh?

La mesh 1D-2D (NETGEN) del nostro inserto passa da 1.8M elementi a 0.8M elementi solamente applicando il defeaturing alle superfici esterne. Un risultato davvero considerevole ottenuto in  meno di un'ora di lavoro tra FreeCAD e SALOME operando direttamente su di un file step.

defeat img3

 

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