應用案例│金屬3D打印隨形冷卻模具，產(chǎn)品冷卻時間減少48%

在注塑模具行業(yè)，金屬3D打印技術可以有效縮短模具冷卻時間，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，如今再一次得到了印證。汕頭市瑞祥模具有限公司采用華曙高科金屬3D打印技術，將注塑產(chǎn)品冷卻時間從25秒縮短至13秒，減少48%，并具有平滑的流道，更快的流量和更高的冷卻效率。

▲左圖為汕頭瑞祥采用3D打印制作的隨形冷卻模具鑲件，右圖為3D打印模具生產(chǎn)的汽車后座安全內扣

使用華曙高科金屬3D打印模具鑲件優(yōu)勢：
注塑產(chǎn)品冷卻時間從25秒縮短至13秒，減少48%；
模具鑲件占整套模具的冷卻效率，從15%提升至22%，提升6.58%；
產(chǎn)品積熱區(qū)域由原來的68.38℃下降到了31.74℃；

汕頭市瑞祥模具有限公司是一家主要從事快速模具、注塑模具、模具加工與制造的民營股份制公司，為廣汽本田、東風本田、廣汽豐田、東風日產(chǎn)和廣汽乘用車公司等多家國內知名汽車制造商的二級供應商。

在引進金屬3D打印技術之前，其傳統(tǒng)的模具冷卻方式是在模具中鉆孔，以形成網(wǎng)狀冷卻液通道。由鉆孔方式形成的通道其幾何形狀會受到限制，對于比較簡單的模具，這種冷卻方式可以達到預期效果，但對于更為復雜的模具，冷卻效果就會大打折扣。

2017年，瑞祥模具采用華曙高科金屬3D打印解決方案，生產(chǎn)隨形冷卻模具。3D打印制造方式十分靈活，這意味著模具中冷卻液通道的復雜性幾乎不受限制。一般情況下，模具內的隨形冷卻通道可保持與模具壁的距離均等，能更貼近產(chǎn)品內壁及增大冷卻面積，因此冷卻效果更加均勻；或者在模具內熱點集中的區(qū)域，可加大隨形冷卻通道的密集度，以此為這些區(qū)域提供更快速的冷卻。

▲左圖為傳統(tǒng)模具流道（V型水路插件），右圖為3D打印隨形冷卻流道（異形水路插件及水路），采用18Ni300材料及華曙高科金屬3D打印設備FS271M生產(chǎn)

傳統(tǒng)模具 VS 3D打印模具

冷卻溫度分析對比

為了測試傳統(tǒng)模具與隨形冷卻模具溫度對比，采用馬路科技Moldex 3D軟件進行模擬測試，并選擇一個典型區(qū)域作為感測節(jié)點，在這個位置附近區(qū)域傳統(tǒng)水路難以冷卻，易形成積熱區(qū)。

圖中以不同顏色顯示當下的塑件溫度分布情形，三維計算可以得到三度空間的溫度分布，在塑件表面接近模溫，因此通常顯示低溫狀態(tài)。模擬測試結果顯示，加了異形水路之后，圖中積熱區(qū)域由原來的68.38℃下降到了31.74℃，降幅約36.64℃。

備注：水路模擬測試設置基數(shù)：模具溫度35℃，塑料溫度259℃

▲灰色線代表傳統(tǒng)水路溫度變化路徑，藍色線代表3D打印隨形冷卻水路溫度變化路徑。由圖可看出，在同樣的時間內，傳統(tǒng)水路內部1mm處溫度為99.6℃，3D打印異形水路1mm處溫度為77℃，由此可證明3D打印隨形冷卻模具冷卻時間更快。

▲從異形水路和傳統(tǒng)水路溫度剖面對比可看出，使用異形水路的位置，模穴溫度已經(jīng)明顯降低，溫度下降約38.8℃。

▲圖中數(shù)據(jù)代表成形周期中透過各水管吸收熱量的百分比（效率），可看出，冷卻效率從15.71%提升至22.298%.

[生產(chǎn)效率對比

每個產(chǎn)品生產(chǎn)周期需經(jīng)歷鎖模、射膠、保壓、冷卻、開模、頂針等多道工序，傳統(tǒng)模具生產(chǎn)總耗時約43.6秒，而3D打印隨形冷卻模具則大大縮短冷卻時間，將總耗時降低至31.6秒，生產(chǎn)效率縮短27.5%。

（單位：秒）

利用3D打印技術可以制造具有特殊結構的模具，這是傳統(tǒng)制造方法難以實現(xiàn)的，也是3D打印技術在模具行業(yè)應用中的一大亮點。更短的生產(chǎn)周期，更復雜的幾何形狀，以及降低最終成本的能力，3D打印技術更有利企業(yè)服務客戶定制想要的產(chǎn)品。

來源：華曙高科市場部