异型水路与金属3D打印应用



 冷却系统(Cooling System)是模具设计工程之一。当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脱模取出成品,此时,需依赖冷却系统加以冷却。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。

模具的冷却系统为水路,换句话说,水路的设计影响了模具的散热质量。水路设计的目的是使制品均匀冷却,并在较短时间内顶出成型。传统的模具冷却(Mold Cooling)使用了简易的方式,以直线的水路设计为主,制作较简易,但需要的散热时间较长。

1.异型水路与传统水路比较

异型水路(Conformal Cooling)是模具产业所使用的特有制造技术,由于模流分析软件的问世,设计者可以透过软件分析模具与水路的散热情形,缩短制造时间,提升制造质量。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。

然而,制作异型水路的方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,而且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,不过金属3D打印出现后,这些问题获得了突破性改善。

为何金属3D打印改变了水路设计的限制?这要从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。

2.异型水路带来的效益

根据3D Systems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。

Bastech表示,异型水路显著的效益如下:

(1)模具设计时间减少75%;

(2)制造端人力可以节省50%;

(3)省下14%射出模具生产周期;

(4)制造费用得以节省16%。

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