雷尼紹金屬3D打印隨形冷卻注塑模具，讓注塑機效率提升40%

· 模具冷卻時間從22秒縮短至10秒,，減少了55%；
· 模具壁的溫度降低40°C至70°C,；
· 每臺注塑機的日產(chǎn)量從1,496個增加至2,101個,，效率提升40%。

如果你是注塑工廠的老板,，看到這些數(shù)字,，你會不會心動,？也想讓自己的工廠實現(xiàn)這樣提升？

金屬3D打印技術(shù)在注塑模具方面可以有效縮短模具冷卻時間,，提高注塑機生產(chǎn)效率,，如今再一次得到了印證。

2018年8月23日,，南極熊獲悉,，德國Alfred Kärcher公司（凱馳）通過在其注塑成型模具中使用具有隨形冷卻功能的模芯（采用金屬3D打印制造），將每個塑料外殼制品的冷卻時間縮短了55%,，極大地提高了公司的注塑成型生產(chǎn)效率,。這種特殊模芯由雷尼紹設(shè)計，并采用金屬增材制造技術(shù)生產(chǎn),。

△注塑機正在生產(chǎn)塑料外殼

德國Alfred Kärcher公司（凱馳）生產(chǎn)的高壓清洗機不僅已成為眾多德國家庭必備的清潔設(shè)備，而且在國際市場上也備受用戶青睞 — 這些清洗機的顯著特征是其鮮艷醒目的黃色外殼,。由于Kärcher高壓清洗機的強大功能和良好口碑,，無論是室內(nèi)還是室外，越來越多的人在家庭的日常清潔中使用了Kärcher的產(chǎn)品,。

△德國Alfred Kärcher公司（凱馳）生產(chǎn)的高壓清洗機

為滿足全球市場日益增長的需求，Kärcher每年都要生產(chǎn)數(shù)以百萬臺緊湊型清洗機,。每年單是Obersontheim一家工廠的K2標(biāo)準(zhǔn)型高壓清洗機的出貨量就超過兩百萬臺,。然而，即使已實現(xiàn)如此高的產(chǎn)量,，Kärcher仍無法滿足全部市場需求,。

Kärcher清洗機最具辨識度的特征之一便是它的鮮黃色外殼,，但外殼制造同時也是生產(chǎn)過程中的主要瓶頸之一,。例如，K2系列清洗機的外殼由六臺注塑成型機生產(chǎn),，每臺機器每天可制造1,496個外殼,，但這一數(shù)量對于Kärcher來說遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因為Kärcher擁有四條裝配生產(chǎn)線,，工人分三班倒不間斷生產(chǎn),，所以每日的K2高壓清洗機組裝量可達(dá)12,000臺。

顯然,，一種選擇是添置更多的注塑成型機,。然而，在協(xié)調(diào)員Leopold Hoffer看來 — 他是Kärcher的Obersontheim工廠內(nèi)注塑成型工序的負(fù)責(zé)人 — 則可以通過挖掘現(xiàn)有設(shè)備潛力來提高生產(chǎn)效率,�,！拔覀兊哪繕�(biāo)是將成型周期從原來的52秒縮短為40到42秒之間，”他解釋說,。為此他聯(lián)系了總部位于Pliezhausen的LBC Engineering公司（該公司已于2013年5月被雷尼紹收購）,，尋求縮短模具冷卻時間的方法。

△原始的模具設(shè)計方案

“項目的第一階段是獲取現(xiàn)有模具的數(shù)據(jù),，以此確定Kärcher提出的目標(biāo)是否可行,，”Kärcher的雷尼紹項目協(xié)調(diào)人Carlo Hüsken回憶說。雷尼紹利用Kärcher提供的數(shù)據(jù)繪制出現(xiàn)有注塑成型工序的熱成像圖,，然后采用Cadmould® 3D-F模擬軟件進行分析,。結(jié)果表明，塑材的熔化溫度為220°C,，脫模溫度為100°C,，而在52秒的整個成型周期內(nèi)，冷卻時間就占到了22秒,。模具溫度用冷卻水進行控制,，水流速度為10升/分鐘、溫度為35°C,。接下來,，雷尼紹對熱成像過程中檢測到的熱點進行重點建模，因為這些區(qū)域直接導(dǎo)致成型周期的延長,，需要對其進行進一步分析,。利用這些數(shù)據(jù)，雷尼紹完成了一次含有20個成型周期的數(shù)據(jù)模擬,，其中包括對模具壁溫度的分析,。

△改進后的模具設(shè)計

根據(jù)Hüsken先生的建議,，在進行第二次模擬時,，雷尼紹改進了噴嘴側(cè)的溫度控制方式，即通過在噴嘴側(cè)的模具板內(nèi)加入兩條傳統(tǒng)的冷卻水道,，加大對模具板上的鈹銅圓形螺紋接頭的冷卻效果,。

隨后，雷尼紹又進行了兩次模擬,，以此評估當(dāng)應(yīng)用隨形冷卻時可能獲得的潛在改進,。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(dá)到預(yù)期效果，但對于更為復(fù)雜的模具,，冷卻效果就會大打折扣,。采用隨形冷卻方式的模芯，則使用了金屬增材制造方法,，即這類模芯是利用增材方式逐層加工出來的,。增材制造方式十分靈活，這意味著模具中冷卻液通道的復(fù)雜性幾乎不受限制,。一般情況下,，模具內(nèi)的隨形冷卻通道可保持與模具壁的距離均等，因此冷卻效果更加均勻,；或者在模具內(nèi)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,。

模擬過程顯示,，采用隨形冷卻后，實際上幾乎所有熱點區(qū)域的冷卻效率均可得到有效提升,，模具壁的溫度降低多達(dá)70°C,。

最后，在模具中一個沒有足夠空間來設(shè)置隨形冷卻通道的區(qū)域,，Kärcher巧妙地改進了產(chǎn)品設(shè)計,，以此緩解成型冷卻問題。

根據(jù)模擬結(jié)果,，雷尼紹為Kärcher提出了一個全面的改進方案,，指出隨形冷卻可用于改進模具中熱點區(qū)域的溫度控制，從而使各個部分的冷卻速率更加均勻,，并減少整體冷卻時間,。修改后的模具設(shè)計加入了兩個金屬3D打印的模芯，可向確定的熱點區(qū)域提供隨形冷卻功能,。

雷尼紹使用熱成像技術(shù)檢查了修改后的模具設(shè)計的效果,，確認(rèn)模具壁的溫度可降低40°C至70°C，冷卻時間可從22秒縮短至10秒,，減少了55%,。Kärcher注塑技術(shù)團隊的負(fù)責(zé)人Volker Neu也通過實際生產(chǎn)證明，新的模具設(shè)計加上對一些外圍工藝的重新調(diào)整（充料系統(tǒng),、處理系統(tǒng)等）,，可將成型周期從52秒縮短至37秒。現(xiàn)在,，每臺注塑成型機的外殼日產(chǎn)量可從1,496個增加至2,101個,。

隨后，Kärcher對其他模具的設(shè)計也進行了改進。雷尼紹使用增材制造技術(shù)生產(chǎn)了這些具有隨形冷卻功能的模芯,，Hüsken先生在制造過程中為雷尼紹提供了積極的支持,。

Hoffer先生最初曾對該項目持懷疑態(tài)度，現(xiàn)在他說道：“結(jié)果比預(yù)想的要好,，雷尼紹銷售給我們一套完整的改進方案,，他們對我們使用的模具進行了全面考察與分析，幫助我們實現(xiàn)最佳生產(chǎn)效率,。”

雷尼紹始終在綜合運用各種技術(shù)手段的基礎(chǔ)上為客戶提供專屬解決方案,�,！熬臀覀兊陌咐�而言，它既涉及傳統(tǒng)冷卻技術(shù),，又涉及隨形冷卻技術(shù),，既包含傳統(tǒng)方式加工的冷卻液通道，又包含采用增材制造方式加工的模芯,，同時還涉及模芯的真空釬焊技術(shù),，”他補充道，“利用所有這些技術(shù),，我們才能制定出最合適的生產(chǎn)方案,。”

通過這個項目,，Hoffer先生收獲了重要的知識和經(jīng)驗,。“將來,，我們在設(shè)計階段就會更加重視成型冷卻效率,，”他說，“在Kärcher,，冷卻效率計算將成為模具設(shè)計中的關(guān)鍵一環(huán),。利用這些信息，我們可以決定是使用傳統(tǒng)冷卻方案還是隨形冷卻方案,�,！�

“雷尼紹為我們提供了完美的支持。在這次的項目中,，雷尼紹是我們正確的選擇,；將來，當(dāng)我們需要設(shè)計閉合輪廓溫度控制方案時,，相信它也會成為我們最合適的合作伙伴,，”Hoffer先生總結(jié)道。

雷尼紹金屬3D打印機介紹：
雷尼紹是世界領(lǐng)先的工程科技公司之一，在全球增材制造（也稱3D打�,。╊I(lǐng)域居領(lǐng)導(dǎo)地位,，是英國唯一一家設(shè)計和制造工業(yè)用增材制造設(shè)備（通過金屬粉末“打印”零件）的公司。本文中所介紹的金屬隨形冷卻注塑模具型芯就是采用雷尼紹的金屬3D打印機所打印,。

雷尼紹增材制造系統(tǒng)采用金屬粉末床熔化技術(shù),，直接根據(jù)數(shù)字CAD文件制造復(fù)雜部件。目前雷尼紹的金屬3D打印機有四個型號,，其中最新推出的RenAM 500Q是雷尼紹多激光AM系統(tǒng),。它配有4個500 W大功率激光器，每束激光均可同時覆蓋整個粉末床表面,。RenAM 500Q顯著提高了加工效率,，進而使每個零件的生產(chǎn)效率大幅提升，成本明顯降低,。RenAM 500Q帶有自動化粉末和廢料處理系統(tǒng),，有助于實現(xiàn)工藝品質(zhì)的一致性，減少人機交互時間并確保高標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)安全性,。

來源：雷尼紹