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在模具制造中，與使用銑床鉆孔或車削方式制作的傳統(tǒng)水路相比，3D打印技術(shù)制造的隨形水路冷卻系統(tǒng)能給制造商帶來更優(yōu)異的產(chǎn)品，更快的生產(chǎn)效率，更高的企業(yè)效益。而在這個(gè)講究效率與質(zhì)量的時(shí)代，二者缺一不可，看似矛盾，現(xiàn)在卻實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，因此，3D打印隨形水路或是模具制造企業(yè)突破困局的“關(guān)鍵先生”。
質(zhì)量與效率是模具制造的基本要求。面對(duì)國民生活水平的日益提高，消費(fèi)者對(duì)于產(chǎn)品外形結(jié)構(gòu)與時(shí)效性的要求逐漸嚴(yán)苛。因此，模具制造企業(yè)如何平衡質(zhì)量與效率這一矛盾關(guān)系，是當(dāng)下熱議課題。
傳統(tǒng)模具制造的瓶頸
冷卻水路是指在模架、模仁中利用機(jī)械加工出來的貫穿性的孔，通過某種介質(zhì)（如水、油）不停的在里面循環(huán)，達(dá)到控制模具的溫度，以便更好的控制塑料產(chǎn)品在模具中的冷卻及收縮，從而控制產(chǎn)品尺寸及表面要求。
傳統(tǒng)的模具內(nèi)，冷卻水路只能通過銑床鉆孔的方式加工產(chǎn)生內(nèi)部水路網(wǎng)絡(luò)，并通過內(nèi)置止水栓和外置堵頭的方式來調(diào)整水路流向。這樣就導(dǎo)致水路布置有很大的局限性，水路只能為圓柱形直孔，無法百轉(zhuǎn)環(huán)繞于模具內(nèi)腔之中。當(dāng)遇見形狀復(fù)雜的模具產(chǎn)品時(shí)，傳統(tǒng)水路無法完全貼近注塑件表面，冷卻效率低且冷卻不均勻，導(dǎo)致注塑周期長(zhǎng)、產(chǎn)品變形量大。
此外傳統(tǒng)的模具制造需要經(jīng)過圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、工藝審查、可行性分析、工藝設(shè)計(jì)、編程、精加工等流程，步驟繁瑣，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，且涉及較多的人工參與及工具使用。
隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，特別是金屬3D打印（SLM，選擇性激光燒結(jié)）技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)相當(dāng)成熟，SLM技術(shù)現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療制造業(yè)中。在航空航天領(lǐng)域，GE用驗(yàn)證機(jī)對(duì)35%的3D打印零部件進(jìn)行了驗(yàn)證，國產(chǎn)大飛機(jī)C919對(duì)3D打印件進(jìn)行了大規(guī)模使用。
模具行業(yè)也因?yàn)?a href="http://www.obu975.com/services/3dprint-services/" title="3D打印技術(shù)"target="_blank">3D打印技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，迎來了第二次生命。這一切要?dú)w功于3D打印技術(shù)在模具行業(yè)的應(yīng)用重新定義了冷卻水路，而在在模具制造中，如果沒有優(yōu)異的冷卻水路系統(tǒng)，一切將無從談起！
突破傳統(tǒng)模具制造的“關(guān)鍵先生”
工程師們認(rèn)為，通過這種逐層累加的3D打印技術(shù)，可以制造出一種無所不能的冷卻水路——隨形水路，它可根據(jù)產(chǎn)品輪廓的變化而變化，到達(dá)模腔任何地方，模具內(nèi)部將無任何冷卻盲點(diǎn)。（如下圖）
而隨形水路目前主要利用選區(qū)激光熔化（SLM）3D打印技術(shù)與擴(kuò)散焊技術(shù)來進(jìn)行加工，由于SLM 3D打印技術(shù)可做出更為復(fù)雜與圓滑的水路形狀，且成本更低，因此SLM 3D打印技術(shù)在隨形水路上應(yīng)用更為廣泛。
而相較于傳統(tǒng)水路制作來說，SLM 3D打印工藝流程就簡(jiǎn)單的多，它分為三個(gè)部分：
1、3D文檔-轉(zhuǎn)換導(dǎo)出STL數(shù)據(jù)-STL數(shù)據(jù)切層（設(shè)計(jì)階段）
2、選區(qū)激光熔化金屬粉末組層堆積打?。ㄖ圃祀A段）
3、打印完成后取出工件-后處理-交貨（交付階段）
制作工藝流程看似簡(jiǎn)單卻十分實(shí)用，金屬3D打印技術(shù)在模具冷卻水路制造中中突破了傳統(tǒng)交叉鉆孔方式對(duì)冷卻水路設(shè)計(jì)的限制。使用金屬3D打印技術(shù)，模具設(shè)計(jì)企業(yè)可以設(shè)計(jì)出更靠近模具冷卻表面的隨形水路，它們具有平滑的角落，完美貼近模具型腔，實(shí)現(xiàn)更佳模溫狀態(tài)，獲取更快的流量和更高的冷卻效率。
其次隨形水路突出優(yōu)勢(shì)在于：設(shè)計(jì)的無限性、較少的人工參與、優(yōu)異的成型質(zhì)量以及工期的極大縮短，僅需要模具的三維模型輸入打印機(jī)即可自行加工，從而提高了生產(chǎn)效率；可適應(yīng)0.8~1.5Mpa甚至更高高壓的模溫機(jī)，提升了最終產(chǎn)品的質(zhì)量，使產(chǎn)品的單位成本降低。此外，傳統(tǒng)模具需要使用機(jī)械加工進(jìn)行除銹，3D打印模具可以通過超聲電解的方式進(jìn)行維護(hù)
隨形水路的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)數(shù)據(jù)：
1、根據(jù)注塑件形狀復(fù)雜程度，可降低冷卻時(shí)間20%至50%；
2、根據(jù)注塑件形狀，可減少變形量15%至90%；
3、模具成本略有增加，但綜合注塑產(chǎn)能、良品率等因素，最終效益大幅提高；
4、隨形水路應(yīng)用范圍廣，可用于多數(shù)注塑件的冷卻優(yōu)化；
5、模具維護(hù)方式簡(jiǎn)易可行。
“關(guān)鍵先生”的難點(diǎn)
?隨形水路冷卻系統(tǒng)具備諸多的優(yōu)點(diǎn)，但在設(shè)計(jì)水路方案的過程中卻仍會(huì)遇到許多難點(diǎn)，為了解決這些難點(diǎn)，吸取增材制造領(lǐng)域各專家的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出以下基礎(chǔ)規(guī)則，向業(yè)界分享并期待補(bǔ)充：
? ? ? ? ? 1.?水路的直徑通過銑床鉆孔或車床車削等方式制造的傳統(tǒng)冷卻水路常用直徑為4.0-12.0mm。這種冷卻水路，如果直徑過大，為了避開模具部件，會(huì)導(dǎo)致水路難以接近模具表面，但如果直徑過小，水路加工時(shí)又可能會(huì)發(fā)生鉆頭偏移。雖然，增材制造技術(shù)規(guī)避了鉆孔方式的一些局限性，但是在設(shè)計(jì)水路時(shí)，仍需將直徑設(shè)定在經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的常用尺寸范圍內(nèi)，從而降低這種技術(shù)的不確定性。
?2.恒定體積定律傳統(tǒng)水路制造時(shí)，其橫截面積是不變的。盡管通過3D打印技術(shù)可以制造出一條擁有多種不同形狀的水路，但是，在設(shè)計(jì)3D打印隨形冷卻水路時(shí)，應(yīng)保持水路的橫截面積不變，從而保證恒定體積的冷卻液體通過水路。?
3.與模具表面的距離冷卻水路與模具表面的距離并沒有一個(gè)明確的數(shù)值，對(duì)于隨形水路來說，影響水路與模具表面距離的關(guān)鍵因素在于零件的幾何形狀。設(shè)計(jì)與模具表面距離時(shí)，只需要遵循一個(gè)原則即：隨形水路與模具表面始終保持相同的距離，從而達(dá)到均勻冷卻效果。?
4.冷卻水路的長(zhǎng)度在使用鉆孔方式加工冷卻水路時(shí)，如果鉆孔時(shí)產(chǎn)生的碎屑未被排空，則可能發(fā)生鉆頭漂移或損壞。在這種情況下，人們會(huì)選擇將冷卻水路設(shè)計(jì)得盡量短一些。3D打印技術(shù)制造隨形冷卻水路，不存在刀具損壞等問題，但是，在設(shè)計(jì)時(shí)仍不建議將水路設(shè)計(jì)得過長(zhǎng)。原則是直徑最大化，流長(zhǎng)最小化，以保證水路的冷卻效率。
?5.截面積的另一個(gè)規(guī)則由于多條短的冷卻水路能夠更加均勻地進(jìn)行冷卻，所以，有的隨形冷卻水路是按照毛細(xì)管的思路來設(shè)計(jì)的，即：一條大的冷卻水路被分為多條小而短的水路，然后再匯入一條大的水路。在這種情況下，多條小水路的橫截面積總和應(yīng)等于大水路入口和出口的橫截面積，從而確保水的均勻流動(dòng)，進(jìn)一步降低翹曲的風(fēng)險(xiǎn)。?
6.旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)模具冷卻水路中的水量是影響模具冷卻時(shí)間的因素，水量越大冷卻循環(huán)時(shí)間越短。另一個(gè)影響因素是水湍流。雖然3D打印隨形冷卻水路的內(nèi)表面由于沒有經(jīng)過拋光，所以會(huì)產(chǎn)生一些湍流，但是如果在設(shè)計(jì)時(shí)增加旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，則可以產(chǎn)生更多的湍流。
????以上這些設(shè)計(jì)規(guī)則，并不是成功3D打印隨形冷卻水路所需要關(guān)注的全部規(guī)則，這些經(jīng)驗(yàn)只是有效設(shè)計(jì)3D打印隨形冷卻水路的基礎(chǔ)。
????如果您也有隨形冷卻水路模具制造需要，可以考慮用3D打印技術(shù)來縮短工期提升冷卻效率，杭州博型3D打印創(chuàng)意設(shè)計(jì)提供一站式打印設(shè)計(jì)建模服務(wù)，歡迎來電咨詢，聯(lián)系電話：13018908486。
