3D打印与模具冷却水路的美妙产物——异型水路

我们知道要得到合格的注塑品，至少有两点必须牢记：注塑时熔体在模腔中的流动速度尽可能相同、模具内腔壁的温度尽可能相同。异型水路相对传统水路，能够更加均匀地分布在模具腔的周围，给制品均匀降温，从而为精密制造带来保障！下面首先通过几款异型水路结构来感受一下吧！

为什么需要异型水路？

冷却系统(CoolingSystem)是设计模具工程之一，当模具的塑胶原料加热注入至温度较低的模具后，需要等待模具冷却才能取成品，此时需仰赖着冷却系统加以冷却并且脱模。冷却系统影响了脱模时间、制品质量、制品外观等，影响质量甚巨。

异型水路相对传统水路，能够更加均匀地分布在模具腔的周围，给制品均匀降温，从而为精密制造带来保障！

什么是异型水路？

异型水路是依照产品外形所设计的、形状复杂不规整的冷却水路。其设计跳出传统设计位置和框架，让水路能贴着模穴表面几何形状的变化而变化，不仅为模具设计师们提供了更大的模具设计空间，而且能简化冷却水路的设计方法。更进一步来看，模具的散热水路设计方式也可以采用不规则形状设计，提升散热效率，这就是异型水路的基本原理。

异型水路实现的困难在哪里？

制作异型水路的工法受到了既有技术的限制，方式是将模具加以钻孔或切割焊合，不仅施工十分复杂，模具的寿命也会因为二次加工的缘故而缩短，因此很长一段时间，异型水路设计只能停留在理论阶段。

但是自从金属3D打印出现后，这些问题获得了突破性改善。

之所以这么说，首先要从3D打印技术说起，3D打印是近年进展迅速的工程技术，最大的优势是3D打印的原理为加法制造，因此没有造型上的限制，即使是物体内的复杂造型与管线，对3D打印来说并不构成困难，模具产业注意到3D金属打印的价值。

不论是多少直径的模具水路，或是一般车床难以施作的内角加工，金属3D打印皆可轻易达成，更棒的是，即使异型水路的规划方式复杂，金属3D打印只要一次施作过程，皆能精准的同时完成模具与异型水路。

 异型水路的效益体现在哪里？

根据3DSystems所分享的Bastech成功案例，可以得知异型水路结合3D打印技术的加持下改良过后的模具可以绕过顶销与固定螺丝，即使水路距离区域较远，也能够达到理想的冷却质量。异型水路的效益如下：

模具设计时间减少75%

制造端人力可以节省50%

省下14％射出模具生产周期

制造费用得以节省16%

注：该数据仅供参考

当然，并不是所有的模具都需要异型水路设计，因为异型水路的价格比传统水路贵。一般来说，产品形状复杂而无法有效散热、薄壁等对温度异常敏感、对制品质量要求高的产品都需要有异型水路的模具。

异型水路的制造方法有哪些？

异型水路传统CNC无法制造，目前常见的制造方法有3D金属镭射烧结法和扩散焊接法。

3D金属镭射烧结法即为直接金属激光烧结技术（DirectMetalLaser-Sintering），通过高能激光束融化层层堆叠的金属粉末，从而得到特定形状产品。

扩散焊接为高温、高压及真空环境下，两个（或两个以上）模具部件相连接的平面焊接技术。

扩散焊接相对3D金属镭射烧结，制作模具的时间、成本都较低；但异型水路越复杂，扩散焊接需要的时间和部件数目就越多，而3D金属镭射烧结法理论上几乎不受影响。所以说，扩散焊接适用于结构简单的异型水路。

异型水路实例分析

如图所示，产品几何类似一个具有开口的长条物品，长约9公分，开口深度约5公分；该产品开口区域因几何设计产生温度积热并引发翘曲问题，由于开口深度过深，局部散热不易，冷却周期过长。

下面两图为传统冷却系统设计案进行的3D模流分析结果，由模具剖面温度来看，开口底部有相当明显的积热问题，模面温差高达40℃，造成产品严重翘曲问题；

由CAE分析与实际开模结果都显示产品开口有相当明显的变形，无法满足组装精度要求。如下图所示。

由于产品本身是装配件，在考虑先天几何限制后，决定采用异型水路来解决上述问题，水路设计方式如图所示。

进一步进行产品翘曲分析，如图所示，翘曲问题已大幅改善，客户所关心的开口尺寸变形已大幅降低25.6%。

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