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              3D打印與模具冷卻水路的美妙產物——異型水路
              責任編輯:Normanbell ZW 日期:2019-12-12 14:59:54
              我們知道要得到合格的注塑品,至少有兩點必須牢記:注塑時熔體在模腔中的流動速度盡可能相同、模具內腔壁的溫度盡可能相同。異型水路相對傳統水路,能夠更加均勻地分布在模具腔的周圍,給制品均勻降溫,從而為精密制造帶來保障!下面首先通過幾款異型水路結構來感受一下吧!

              為什么需要異型水路?
              冷卻系統(CoolingSystem)是設計模具工程之一,當模具的塑膠原料加熱注入至溫度較低的模具后,需要等待模具冷卻才能取成品,此時需仰賴著冷卻系統加以冷卻并且脫模。冷卻系統影響了脫模時間、制品質量、制品外觀等,影響質量甚巨。



              異型水路相對傳統水路,能夠更加均勻地分布在模具腔的周圍,給制品均勻降溫,從而為精密制造帶來保障!
              什么是異型水路?

              異型水路是依照產品外形所設計的、形狀復雜不規整的冷卻水路。其設計跳出傳統設計位置和框架,讓水路能貼著模穴表面幾何形狀的變化而變化,不僅為模具設計師們提供了更大的模具設計空間,而且能簡化冷卻水路的設計方法。更進一步來看,模具的散熱水路設計方式也可以采用不規則形狀設計,提升散熱效率,這就是異型水路的基本原理。

              異型水路實現的困難在哪里?
              制作異型水路的工法受到了既有技術的限制,方式是將模具加以鉆孔或切割焊合,不僅施工十分復雜,模具的壽命也會因為二次加工的緣故而縮短,因此很長一段時間,異型水路設計只能停留在理論階段。

              但是自從金屬3D打印出現后,這些問題獲得了突破性改善。

              之所以這么說,首先要從3D打印技術說起,3D打印是近年進展迅速的工程技術,最大的優勢是3D打印的原理為加法制造,因此沒有造型上的限制,即使是物體內的復雜造型與管線,對3D打印來說并不構成困難,模具產業注意到3D金屬打印的價值。

              不論是多少直徑的模具水路,或是一般車床難以施作的內角加工,金屬3D打印皆可輕易達成,更棒的是,即使異型水路的規劃方式復雜,金屬3D打印只要一次施作過程,皆能精準的同時完成模具與異型水路。

              異型水路的效益體現在哪里?

              根據3DSystems所分享的Bastech成功案例,可以得知異型水路結合3D打印技術的加持下改良過后的模具可以繞過頂銷與固定螺絲,即使水路距離區域較遠,也能夠達到理想的冷卻質量。異型水路的效益如下:
              模具設計時間減少75%
              制造端人力可以節省50%
              省下14%射出模具生產周期
              制造費用得以節省16%
              注:該數據僅供參考

              當然,并不是所有的模具都需要異型水路設計,因為異型水路的價格比傳統水路貴。一般來說,產品形狀復雜而無法有效散熱、薄壁等對溫度異常敏感、對制品質量要求高的產品都需要有異型水路的模具。

              異型水路的制造方法有哪些?
              異型水路傳統CNC無法制造,目前常見的制造方法有3D金屬鐳射燒結法和擴散焊接法。
              3D金屬鐳射燒結法即為直接金屬激光燒結技術(DirectMetalLaser-Sintering),通過高能激光束融化層層堆疊的金屬粉末,從而得到特定形狀產品。

              擴散焊接為高溫、高壓及真空環境下,兩個(或兩個以上)模具部件相連接的平面焊接技術。


              擴散焊接相對3D金屬鐳射燒結,制作模具的時間、成本都較低;但異型水路越復雜,擴散焊接需要的時間和部件數目就越多,而3D金屬鐳射燒結法理論上幾乎不受影響。所以說,擴散焊接適用于結構簡單的異型水路。

              異型水路實例分析
              如圖所示,產品幾何類似一個具有開口的長條物品,長約9公分,開口深度約5公分;該產品開口區域因幾何設計產生溫度積熱并引發翹曲問題,由于開口深度過深,局部散熱不易,冷卻周期過長。

              下面兩圖為傳統冷卻系統設計案進行的3D模流分析結果,由模具剖面溫度來看,開口底部有相當明顯的積熱問題,模面溫差高達40℃,造成產品嚴重翹曲問題;


               


              由CAE分析與實際開模結果都顯示產品開口有相當明顯的變形,無法滿足組裝精度要求。如下圖所示。

              由于產品本身是裝配件,在考慮先天幾何限制后,決定采用異型水路來解決上述問題,水路設計方式如圖所示。

              進一步進行產品翹曲分析,如圖所示,翹曲問題已大幅改善,客戶所關心的開口尺寸變形已大幅降低25.6%。


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