環(huán)視我們身邊：洗發(fā)液的瓶子，空調(diào)外殼，塑料文具盒，礦泉水瓶子，樂高玩具，牙刷…你可曾想過這些產(chǎn)品是如何制造出來的嗎？而背后的這些制造工藝又會(huì)發(fā)生怎樣的變化呢？其實(shí)這些用3D打印完全可以制作出來，其實(shí)也可用注塑成型。3D打印適用于小規(guī)模生產(chǎn)，而注塑則在大規(guī)模下有得天優(yōu)勢。下面我們一起了解一下這種工藝吧。

　　對于模具制造商來說，由于模具的質(zhì)量直接決定了注塑生產(chǎn)效率，并決定產(chǎn)品質(zhì)量，從而決定產(chǎn)品附加值，所以如何在最小周期時(shí)間內(nèi)，高效冷卻塑料產(chǎn)品成為隨形冷卻模具的設(shè)計(jì)與制造過程中關(guān)鍵的考量因素，而冷卻在這其間扮演了重要的角色。為了充分探索粉末床選擇性激光融化技術(shù)在隨形冷卻模具制造中發(fā)揮的作用帶來的商業(yè)價(jià)值

隨形冷卻-擺脫傳統(tǒng)方式的制約

　　隨形冷卻的原理是在一個(gè)統(tǒng)一連續(xù)的方式下快速地降低塑件的溫度。注塑件不能在冷卻過程中從模具中取出，直到冷卻充分，然后注塑件從模具中分離出來。任何熱點(diǎn)都會(huì)延遲注塑件的注塑周期，可能會(huì)導(dǎo)致拆卸后注塑件的翹曲和下沉痕跡，并可能損害組件表面的質(zhì)量。

　　快速冷卻是通過冷卻液在模具內(nèi)的通道流過，將注塑件的熱量帶走。這種冷卻效果的速度和均勻性是由流體通道以及冷卻流體通過它的速度來決定的。

　　傳統(tǒng)的模具內(nèi)冷卻通道是通過二次加工來實(shí)現(xiàn)的。通過交叉鉆孔產(chǎn)生創(chuàng)造管直線的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，通過內(nèi)置流體插頭來調(diào)整流速和方向。

　　這種方法有其局限性，當(dāng)我們設(shè)計(jì)一個(gè)隨形冷卻模具，如下圖所示。渠道網(wǎng)絡(luò)的形狀是有限的，所以冷卻通道離模具的表面遠(yuǎn)，使得冷卻效率低。不僅如此，還也不得不面對額外的加工和裝配時(shí)間，以及盲點(diǎn)的渠道網(wǎng)絡(luò)可能被堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。而且，在復(fù)雜的情況下，為了預(yù)留隨形冷卻通道的加工，模具還需要被切分成幾個(gè)部分來制造，然后在拼接成一整塊模具，這導(dǎo)致了額外的制造環(huán)節(jié)，并且還會(huì)縮短模具的壽命。

　　3D打印制造使我們擺脫了交叉鉆孔的限制?，F(xiàn)在，我們可以設(shè)計(jì)內(nèi)部通道更靠近模具的冷卻表面，并具有平滑的角落，更快的流量，增加熱量轉(zhuǎn)移到冷卻液的效率。在下面的例子中，還可以根據(jù)冷卻要求設(shè)計(jì)不同的冷卻回路，旨在以一致的速度進(jìn)行散熱，以促進(jìn)散熱的均勻性。

最大化和均衡流量

　　冷卻液通過量對模具的冷卻速度至關(guān)重要。必須設(shè)計(jì)光滑的角落，以減少沿通道的壓力損失。粉末床選擇性金屬融化3D打印技術(shù)在如直徑小至1.4毫米的冷卻通道亦可以生產(chǎn)。

　　鋪粉的3D打印制造技術(shù)的一個(gè)有益的好處是粉末融化帶來輕微紋理的表面。這種紋理結(jié)構(gòu)增加了冷卻接觸的表面積，帶來更好的傳熱效果從而提高冷卻效率，并形成通道內(nèi)小湍流從而實(shí)現(xiàn)通道自清潔的效果。

應(yīng)用實(shí)例

　　下面的例子中，這是一個(gè)有著無數(shù)薄的’手指’形狀的復(fù)雜冷卻通道的模具。 在每一個(gè)“手指”內(nèi)為了促進(jìn)均勻和快速冷卻，入口歧管分流成五和四平行通道，這些通道的直徑和長度相等。這樣的設(shè)計(jì)使得總冷卻通道長度超過十二米！

　　下面的例子中，不規(guī)則形狀的模具也可以使用等徑和等長度的多通道來冷卻。在這種情況下，八個(gè)冷卻通道，直徑均為3毫米，且長度相等，八個(gè)通道都連接到10毫米直徑的入口和出口來保證等量的流量。

網(wǎng)格和通道冷卻技術(shù)

　　另一個(gè)考慮是內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，一種常用的技術(shù)是設(shè)計(jì)一個(gè)具有單一入口和出口管道的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，它可以自由地在網(wǎng)格內(nèi)流動(dòng)。然而，當(dāng)通過模擬仿真，你會(huì)看到這樣的設(shè)計(jì)使得冷卻效率低并且不規(guī)則， 并且?guī)碓诘土髁繀^(qū)域低效冷卻的風(fēng)險(xiǎn)。

　　下面的圖片顯示了優(yōu)化網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)通道的過程。左手這對圖像顯示的網(wǎng)格設(shè)計(jì)和模擬仿真效果-大量的低速流動(dòng)，不均勻分布的冷卻液。右手這對圖像顯示的是連續(xù)冷卻通道設(shè)計(jì)與仿真效果，具有高和一致的流量。右手的設(shè)計(jì)帶來冷卻液流量50%以上的提高，顯著提高冷卻效果。

　　通過3D打印制造的隨形冷卻模具可以盡實(shí)現(xiàn)高達(dá)70%的注塑模具加工效率。在下面的例子中，一個(gè)冰刮刀的模具，通過增材制造的方法來加工使得注塑時(shí)間從80秒到40秒，這意味著注塑件的生產(chǎn)速度變?yōu)樵瓉淼膬杀丁?/p>

　　通過增材制造來制造的隨形冷卻模具的其他主要優(yōu)點(diǎn)包括可以生產(chǎn)更均勻的零件，零缺陷并且避免因冷卻速度不均勻而導(dǎo)致的下沉痕跡。另外，在開發(fā)新注塑產(chǎn)品的時(shí)候，有助于實(shí)現(xiàn)通過較少的迭代即可完成產(chǎn)品的開發(fā)。當(dāng)然，更多的優(yōu)點(diǎn)還包括在生產(chǎn)復(fù)雜的模具的時(shí)候，由于減少了冷卻通道加工和拼接的環(huán)節(jié)，增材制造的方法比傳統(tǒng)方式更快。

　　應(yīng)該注意的是，增材制造出來的模具表面精度不高，要通過后期的精加工和拋光來產(chǎn)生所需的表面精度。在這個(gè)環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的機(jī)加工與增材制造優(yōu)勢形成互補(bǔ)。

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