Combining Additive Manufacturing and Flexible Tooling for Utilization in Rotary Stretch Bending Processes

Abstract

Metallforming er en produksjonsmetode som møtes med høye krav fra flere avanserte ingeniørindustrier. Denne masteroppgaven vil undersøke potensialet for å kombinere verktøy utviklet med additiv tilvirkning og metallformingsprosessen, fleksibel strekkbøying, for å kostnadseffektivt produsere deler av høy kvalitet. Dette arbeidet er en videreføring av forskningen gjennomført i prosjektoppgaven tilhørende emnet TPK4540 – Produksjonsteknologi, fordypningsprosjekt.

Denne masteroppgaven vil presenterer prosesser som bruker 2D-strekkbøying for å bøye hule aluminiumsprofiler til ønskede former. De fleksible formene som brukes for å forme profilene til den tiltenkte geometrien, er utstyrt med additivt tilvirkede formingsverktøy for å oppnå en høykvalitets overflatetekstur. Konvensjonelle verktøy som brukes i denne formingsprosessen er vanligvis designet for spesifikke geometrier. Additiv tilvirkning kan potensielt være en rask og fordelaktig metode for produksjon av justerbare verktøy. Disse additivt tilvirkede verktøyene må oppfylle mekaniske og strukturelle krav, som vil bli kartlagt gjennom eksperimentell analyse.

Gitt at forskningen på dette område er begrenset, følger dette prosjektet en prøve-og-feile-metodikk, bygget på resultater og analyser fra prosjektoppgaven. Metoden innebærer proof-of-concept prototyping med design laget med PLA plastikk og vil benytte to bøyeradier til testing av de produserte prototypene.

Resultatene fra denne masteroppgavens har vist at det bor betydelig potensial i å kombinere additivt tilvirket verktøy og strekkbøyingprosesser. Denne forskningen har som formål å fylle forskningsgapet som eksisterer innenfor dette feltet og å gi verdifull innsikt, samt å bidra til fremskritt innenfor metallformingsprosesser.

Metal forming is a manufacturing method that faces high demands from several advanced engineering industries. This master’s thesis will investigate the potential for combining tools developed with additive manufacturing and the metal forming process, flexible rotary stretch bending, to produce high quality and cost-effective parts. This work is a continuation of the research conducted in the specialization project in the subject TPK4540 - Manufacturing Technology, Specialization Project.

This thesis presents processes employing 2D stretch bending to bend hollow aluminum profiles into desired shapes. The flexible dies utilized to shape the profiles into the desired geometry are fitted with additive manufactured surface tools to achieve a high-quality surface finish. Conventional tools used in this profile shaping process are typically designed for specific geometries. However, employing additive manufacturing to create adjustable tooling offers a rapid and potentially advantageous method for generating new tools. These AM-based tooling solutions must meet specific mechanical and structural criteria, which will be investigated though experimental analysis.

Given the limited existing research in this area, this project follows a trial-and-error approach, building upon the findings and results from the previous specialization project. The methodology involves utilizing proof-of-concept prototyping using PLA designs and testing them with two different bending radii.

The outcomes of this master’s thesis have demonstrated the significant potential of combining additive manufactured tooling with flexible 2D stretch bending. This research aims to bridge the existing research gap within this field, providing valuable insights and contributing to the advancement of metal forming processes.