產(chǎn)量提高40%! 3D打印隨形冷卻模具擺脫傳統(tǒng)方式的制約

幾乎所有的3D打印技術(shù)都能夠在模具制造領(lǐng)域中找到應(yīng)用的切入點,，例如通過選擇性激光熔化（SLM）技術(shù)3D打印注塑模具中的隨形冷卻通道，通過數(shù)字光處理（DLP）技術(shù)3D打印熔模鑄造的母模,，以及通過光固化（SLA）技術(shù)或Polyjet技術(shù)快速制造小批量的注塑模具,。目前這些應(yīng)用皆是在完成模具的3D打印之后,，將模具交付給生產(chǎn)線進(jìn)而使用這些模具制造出最終的產(chǎn)品,。南極熊覺得，當(dāng)3d打印技術(shù)和傳統(tǒng)成型工藝相結(jié)合以后才能更好的融入制造業(yè),。

傳統(tǒng)的模具內(nèi)冷卻通道是通過二次加工來實現(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,。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。還可以根據(jù)冷卻要求設(shè)計不同的冷卻回路,，旨在以一致的速度進(jìn)行散熱,，以促進(jìn)散熱的均勻性。

隨形冷卻的原理是在一個統(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,。任何熱點都會延遲注塑件的注塑周期,，可能會導(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,。

Kärcher-凱馳清潔系統(tǒng)成為暢銷全球的品牌,，每年位于Obersontheim工廠的緊湊型K2高壓清洗機(jī)的出貨量在二百萬左右。其引人注目的明亮黃色外殼是通過注塑方式制造出來的,。

凱馳為了滿足日益增長的訂單要求,，需要從注塑過程中提高生產(chǎn)效益，而注塑環(huán)節(jié)中的模具則在注塑效益過程中發(fā)揮重要作用,。使用常規(guī)冷卻,，注塑節(jié)拍為52秒，其中的22秒用來冷卻,，從220°的熔化溫度冷卻到100°C的脫模溫度,。

這些零件的模具是非常復(fù)雜的，包括一個型腔和許多冷卻插入,。原來的設(shè)計如下所示：

原來通過傳統(tǒng)加工技術(shù)加工出來的冷卻系統(tǒng)包含幾個單獨的冷卻回路,，每分鐘通過10升的冷卻水，如下圖所示,。

傳統(tǒng)模具在注塑過程中的熱成像顯示,，在22秒冷卻周期結(jié)束時的壁溫。我們可以看到在模具溫度的顯著變化,，存在許多不均勻的熱點,，而這些熱點有可能會影響注塑質(zhì)量。

3D打印注塑模具的第一步是模流模擬分析,。特別是熱點需要進(jìn)一步分析,，因為這些因素影響到冷卻時間。通過軟件,，進(jìn)行了20個周期的模擬,，包括壁溫度的分析。最終確認(rèn)最佳的建模方案,。

雷尼紹通過在熱點區(qū)域增加4mm直徑的冷卻通道,，在模流分析中發(fā)現(xiàn)顯著的改善,，溫度獲得更均勻的分布，并獲得更短的冷卻周期,。

仿真分析顯示,，僅僅10秒鐘的冷卻就獲得了更加均勻的冷卻熱成像效果。

值得一提的是,，3D打印的隨形冷卻模具其實是混合技術(shù)制造出來的,，依靠3D打印技術(shù)獲得了復(fù)雜的內(nèi)部通道，而有些部位則采用了真空釬焊芯的插入技術(shù),。新的噴射器組件如下圖所示：

在凱馳的案例中,，冷卻節(jié)拍從22秒減少到10秒，縮短了55%的冷卻時間,，更快的冷卻效果使得產(chǎn)量提高了40%,，從原來的每天1500件提升到2100件。

來源：3D科學(xué)谷

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