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(lè)高玩具，牙刷…你可曾想過(guò)這些產(chǎn)品是如何制造出來(lái)的嗎？而背后的這些制造工藝又會(huì)發(fā)生怎樣的變化呢？
目前，這些物品的制造工藝基本都是注塑成型。這種工藝不但可在穩(wěn)定的公差范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的形狀和細(xì)節(jié)，而且能在保持較高表面質(zhì)量的情況下實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn) 。
對(duì)于模具制造商來(lái)說(shuō)，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(guò)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(lái)的商業(yè)價(jià)值，小編在這里為您簡(jiǎn)單介紹一下英國(guó)雷尼紹公司在這一領(lǐng)域的案例探索“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(guò)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(lái)。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(guò)冷卻液在模具內(nèi)的通道流過(guò)，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(guò)它的速度來(lái)決定的。
傳統(tǒng)的模具內(nèi)冷卻通道是通過(guò)二次加工來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)交叉鉆孔產(chǎn)生創(chuàng)造管直線(xiàn)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)內(nèi)置流體插頭來(lái)調(diào)整流速和方向。
這種方法有其局限性，當(dāng)我們?cè)O(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(duì)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(lái)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。現(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(guò)量對(duì)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(lái)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(lái)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(wú)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(zhǎng)度相等。這樣的設(shè)計(jì)使得總冷卻通道長(zhǎng)度超過(guò)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(zhǎng)度的多通道來(lái)冷卻。在這種情況下，八個(gè)冷卻通道，直徑均為3毫米，且長(zhǎng)度相等，八個(gè)通道都連接到10毫米直徑的入口和出口來(lái)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(guò)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)?lái)在低流量區(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(guò)程。左手這對(duì)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(duì)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(lái)冷卻液流量50%以上的提高，顯著提高冷卻效果。
3D打印對(duì)注塑產(chǎn)品帶來(lái)的附加值
通過(guò)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(guò)增材制造的方法來(lái)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?lái)的兩倍。
通過(guò)增材制造來(lái)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(kāi)發(fā)新注塑產(chǎn)品的時(shí)候，有助于實(shí)現(xiàn)通過(guò)較少的迭代即可完成產(chǎn)品的開(kāi)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(lái)的模具表面精度不高，要通過(guò)后期的精加工和拋光來(lái)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(shì)形成互補(bǔ)。
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