3D打印与模具冷却水路的美妙产物——异型水路

发布于:2017-12-15 出自/转自:易加三维

案例概述

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。

项目简介

什么是水路模具?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。

项目挑战

EADS创新工程结构是EADS(欧洲航空公司)的企业研究中心,在法国,德国,俄罗斯,西班牙,新加坡,英国和600多名员工,在国防和空间研究课题提供世界一流的解决方案。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。

解决方案

EADS创新工程实施了一个优化战略,以创造一个可行的部分尽可能少的材料,即最小的重量。他们应用OptiStruct拓扑优化由两阶段设计过程组成:第一设计周期根据选定的条件和结果对新设计的鲁棒性进行了测试。在新的限制下进行了改进, OptiStruct用于塑造和尺寸优化部分。此时该部件的重量只有310g。第二设计周期优化过程由第一个引起的新约束重复设计周期,与优化方法的其他改进。结果就是这样部分现在仅使用比第一种设计更多的材料16g。

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。


结果/利益

OptiStruct独特的拓扑优化技术证明了实质在优化小型增材制造飞机零件时可以获得的重量节省。优化设计只有326g,相比之下原来的918g是重要的减少64%。优化设计在螺栓加载的刚度方面保持相同的特性,同时减少零件上的应力。因此,这些结果证明可以使数千种飞机零部件通过增材制造工艺得到优化。利用这项新技术,航空航天工业存在相当可观重量和成本节约。的机会。

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:
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%