傳統(tǒng)的模具內(nèi)，冷卻水路是通過交叉鉆孔產(chǎn)生內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，并通過內(nèi)置流體插頭來調(diào)整流速和方向。金屬3D打印技術(shù)在模具冷卻水路制造中的應(yīng)用則突破了交叉鉆孔方式對(duì)冷卻水路設(shè)計(jì)的限制。現(xiàn)在，模具設(shè)計(jì)企業(yè)可以設(shè)計(jì)出更靠近模具冷卻表面的隨形水路，它們具有平滑的角落，更快的流量和更高的冷卻效率。

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那么，設(shè)計(jì)3D打印模具隨形冷卻水路的時(shí)候是否有一些技巧或注意事項(xiàng)呢? 美國(guó)注塑模具制造企業(yè)Diamond Tool and Engineering 與其3D打印模具的合作伙伴針對(duì)這個(gè)問題分享了一些經(jīng)驗(yàn)。

為增材制造而設(shè)計(jì)

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美國(guó)明尼蘇達(dá)州的Diamond Tool and Engineering公司專門為醫(yī)療行業(yè)制造緊密度容限和多腔的注塑模具。Diamond Tool and Engineering公司為其注塑模具制造了帶有隨形冷卻水路的模具鑲件。

Diamond Tool and Engineering 3D打印模具鑲件的設(shè)計(jì)和制造是在其合作伙伴3DPrintedParts公司的幫助下完成的。

3DPrintedParts公司表示，3D打印技術(shù)的價(jià)值要體現(xiàn)在為注塑模具所帶來的產(chǎn)品附加價(jià)值中。根據(jù)市場(chǎng)研究，模具制造用戶可以通過金屬3D打印技術(shù)順利的構(gòu)建具有隨形冷卻通道的模具型芯，使模具內(nèi)的溫度變化更加均勻，從而在時(shí)間、成本和質(zhì)量方面優(yōu)化模具加工過程，有助于縮短加工周期、減少翹曲變形、加快注塑產(chǎn)品交貨期，以及提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的靈活性。

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3DPrintedParts的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行3D打印模具鑲件設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)傳統(tǒng)的鑲件設(shè)計(jì)思維進(jìn)行了突破，3DPrintedParts 總結(jié)了幾點(diǎn)3D打印模具鑲件設(shè)計(jì)的技巧和經(jīng)驗(yàn)：

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除了設(shè)計(jì)隨形水冷水路之外，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)還用在模具的部分區(qū)域中設(shè)計(jì)了晶格結(jié)構(gòu)，取代原來的實(shí)心結(jié)構(gòu)。晶格結(jié)構(gòu)意味著能夠節(jié)省打印材料和打印時(shí)間，同時(shí)降低打印成本。

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在使用金屬3D打印機(jī)制造懸垂結(jié)構(gòu)時(shí)，往往需要在設(shè)計(jì)時(shí)為該結(jié)構(gòu)添加支撐，而對(duì)于冷卻水路這種內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，后續(xù)去除支撐的難度很大，如將支撐結(jié)構(gòu)殘留在內(nèi)腔結(jié)構(gòu)中往往會(huì)影響冷卻介質(zhì)的流動(dòng)。如果能夠在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到這些因素，并避免添加支撐，那么將可以消除支撐結(jié)構(gòu)對(duì)模具冷卻性能的影響。3DPrintedParts公司表示，他們?cè)诓惶砑又谓Y(jié)構(gòu)的情況下，可打印出與水平方向之間25度角的懸垂結(jié)構(gòu)，這意味著他們能夠在無(wú)需后續(xù)機(jī)加工的情況下，制造出更優(yōu)異的幾何結(jié)構(gòu)。

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注意高度與厚度比 – 一般來說，高度與壁厚比不超過15：1。

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打印粉末的去除問題- 在金屬打印的過程中，冷卻通道內(nèi)腔內(nèi)會(huì)被沒有熔化的金屬粉末所填充，所以在設(shè)計(jì)時(shí)需提前考慮到這個(gè)問題，并考慮內(nèi)腔結(jié)構(gòu)中的粉末如何進(jìn)行清除。

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冷卻通道的形狀 – 圓形螺旋狀的水路看起來不錯(cuò)或者是建模相對(duì)容易，但是這種設(shè)計(jì)的冷卻效果并不一定是最有效的，冷卻通道的輪廓將根據(jù)需要進(jìn)行改變。

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3DPrintedParts公司表示，由于3D打印模具冷卻水路與模具型芯的設(shè)計(jì)是共形的，這種設(shè)計(jì)使冷卻周期從35-40秒縮短到6.7秒，大幅提升了注塑模具的冷卻效率。