基于3D打印的随形冷却流道注塑模具设计与制造

3D打印模具随形冷却水路的设计细节内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.1.水路的直径使用钻孔方式制造的传统冷却水路，常用的直径为7/16英寸（约11.11mm）。

通过这种方式制造的冷却水路，如果直径过大，将可能导致水路难以接近模具表面，同时避开模具部件。

如果直径过小，在水路加工时可能会发生钻头漂移。

虽然，增材制造技术规避了钻孔方式的一些局限性，但是在设计水路时，仍需将直径设定在经过实践验证的常用尺寸范围内，从而降低这种技术的不确定性。

2.横截面面积在通过钻孔方式加工冷却水路时，水路的横截面积始终是保持不变的。

尽管通过3D 打印技术可以制造出一条拥有多种不同形状的水路，但是，在设计3D打印随形冷却水路时，应保持水路的横截面积不变，从而保证恒定体积的冷却液体通过水路。

3.与模具表面的距离对于冷却水路与模具表面的距离，并没有一个固定的规定，例如，有的企业在设计时保留的距离恰好等于水路直径的距离，而有的企业保留的距离为水路直径的2倍。

对于大多数随形冷却水路来说，与模具表面的距离取决于零件的几何形状。

在设计与模具表面的距离时，有一个需要遵守的原则是，使随形水路与模具表面始终保持相同的距离，从而达到均匀的冷却效果。

4.冷却水路的长度在使用钻孔方式加工冷却水路时，如果钻孔时产生的碎屑未被排空，则可能发生钻头漂移或损坏。

在这种情况下，人们会选择将冷却水路设计得尽量短一些。

尽管通过3D打印技术制造随形冷却水路，不存在刀具损坏等问题，但是，在设计时仍不建议将水路设计得过长。

这是由于冷却水在较短的冷却水路中可以更为迅速地进出，使热分布更为均匀。

5.截面积的另一个规则由于多条短的冷却水路能够更加均匀地进行冷却，所以，有的随形冷却水路是按照毛细管的思路来设计的，即：一条大的冷却水路被分为多条小而短的水路，然后再汇入一条大的水路。

基于3D打印的随形冷却水路注塑模具设计作者：***来源：《现代职业教育》2021年第39期[摘要] 以某机械顶盖的塑料模具为研究对象，采用不同的冷却方式，对顶盖的凹凸模进行水路设计。

通过模流软件（Moldflow）分析了各种冷却系统的温度、压力和时间。

选择冷却效果最优的冷却方案，并根据最优的方案进行凸模和凹模随形冷却系统的设计。

通过3D打印中的选择性激光烧结技术进行打印，最终完成凸模随形冷却系统的模具设计，应用到实际教学中，从而提高学生的认知以及模具制造技术专业性的拓展。

[关键词] 注塑模具;随形冷却水路;3D打印;SLM;模具镶件[中图分类号] TQ320.52 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2021）39-0234-03塑料模具的随形冷却和传统冷却方法有很大的不同，根据塑料制件的形状进行冷却路径设计。

这些随形冷却水路解决了传统冷却水路与模具凹凸模表面之间的距离，而且冷却效率得到了明显提高。

近年来，3D打印技术的逐步成长，随形冷却方式将成为注射模具冷却系统中新的方向和领域。

目前，选择性激光烧结（SLM）和选择性激光熔结（SLS）是广泛应用于随形冷却模具的制造。

通过SLM打印的制件在后面阶段不需要高温烧结和渗铜，工艺简单，制件可以达到普通金属99.5%的相对密度，并可以进行任意加工。

因此，我们的研究重点应该放在塑料模具成型零件的冷却系统设计和制造上。

一、随形冷却摆脱传统方式的制约随形冷却的原理是利用水路跟随制件外形进行布置，从而快速降低温度。

温度的高低影响注射成型零件的注射周期，水路分布的合理性关系注射成型零件是否产生扭曲和缩痕。

相对传统水路来说，受到加工局限性和产品形状以及模具顶出杆件的限制，冷却水路与模具表面相隔较远，导致冷却效率较低。

不仅这样，还必须面对进一步的处理和组装，以及被阻塞的危险。

此外，在复杂的情况下，必须将模具切割成多个部分，镶嵌到整个模具上，这些镶件会增加额外的成本，同时还会对模具的寿命有影响。

基于增材制造技术的模具设计摘要: 增材制造技术（3D打印）使模具冷却水路设计不再受注塑件的结构限制，可以设计生产出贴合注塑件轮廓的随形冷却流道模具。

文章以某注塑模具的镶件为例，分析了3D打印随形冷却流道技术和利用该技术的特点优化对模具进行适当的轻量化优化设计，以期最大限度达到增材制造技术在模具方面的价值。

关键词：增材制造；随形冷却流道；优化设计零件冷却是注塑零件生产过程中的重要组成部分，一般会占用50％~80％的生产周期。

传统的模具冷却流道，是通过常规工具加工出一些直孔，孔道相互交叉形成。

有效冷却位置通常并不会十分的理想。

冷却效果差、时间较慢，这就导致了整个型腔内的有效表面冷却不均匀。

有别于传统冷却流道有，随形冷却流道设计能够紧贴待成型零件的轮廓形状，精准地在需要的地方进行冷却。

但是，复杂弯曲的流道采用传统方式加工十分困难。

近年来，随着增材制造，俗称3D打印技术的推广发展，其通过逐层堆叠累积的方式构造物体，不受复杂性限制生产的优势，突破了随形冷却流道的加工困局，逐渐在模具制造领域中得到了广泛的应用。

不过，金属3D打印在模具生产这需要大量材料制备的场合，耗时大成本高，在满足注塑生产改善要求的同时，设计上还应与考虑优化结构，以减少打印量，进而降低打印材料的消耗以及3D 打印的生产时间。

本文会以某家电外壳腔体为具体案例，介绍增材制造技术在模具设计中的应用。

1.外壳腔体的结构及分析某品牌家用电器的外壳通过注塑机生产，我司负责为其设计和生产注塑用模具。

该零件外形大小约为212mm*130mm*157mm，壁厚2.5 mm，厚度均匀。

其注塑所用材料是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），塑料部件质量要求不允许出现裂纹和收缩翘曲变形等。

如图a所示，零件中有一尺寸大概为135mm*114mm*89mm的腔体结构特征，面积和深度均比较大，在注塑过程中容易缺胶填充不满，冷却时间久，冷却不均匀等问题。

因此，该部位在模具设计中要充分考虑冷却流道的布置。

3D打印随形水道在注塑模具制造中的应用探索摘要：本文以心形水杯塑件的制作为例，基于3D打印技术本案利用工业级SLS打印机打印水杯模具型腔、型芯的随形水道母模（砂型模），然后通过浇注形成模具核心部件型腔、型芯的坯件，经数控加工、抛光后装配试模，最终完成产品试制。

通过3D打印随形水道完成本案注塑模具制作，进一步探索基于3D打印技术的注塑模具随形水道的实践应用，逐步推广该工艺在小批量产品生产中的应用。

关键字：3D打印随形水道模具制造0 引言目前国内3D打印技术的工业应用主要集中在产品设计中的手板制作，以实现快速成型，验证设计。

而在模具制造中的应用由于受限于现阶段材料和机床本身性能、加工范围的限制，更多地是处于应用探索阶段。

目前市场上3D打印随形水道主要集中与两类，一是基于选择性激光熔化(Selective Laser Melting,简称SLM)成型技术,即利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型，直接打印出模具的型腔和型芯等。

二是通过选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)，使用粉末状材料，激光器对粉末进行扫描照射而实现材料的烧结粘合，材料层层堆积成型。

由于工业级3D打印设备昂贵，技术替代还需市场验证，市场普及率较低。

针对目前市场存在的痛点，本案结合3D打印技术研究探索3D打印随形水道在传统模具制造中的应用。

1 模具设计分析本文以笔者所在学校3D打印工作室心形水杯（如图1所示）注塑制作为例探索3D打印随形水道技术在注塑模具制造中的实践应用。

心形水杯形状简单，杯口为心形状，杯体有较大斜度，杯壁厚度均匀，要求内外表面光滑，材料环保。

图1 心形水杯造型心形水杯为小批量个性化定制产品，由于传统模具制造周期长，成本较高，所以本案通过SLS技术使用覆膜砂打印随形水道母模，然后进行浇注做出坯件，加工坯件随形水道的型腔、型芯，与模架装配试模，注塑样件等完成心形水杯的制作。

基于金属3D打印技术的随形冷却模具设计与应用研究
曾绍连;刘建业;牛留辉;彭景光
【期刊名称】《模具技术》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】利用3D打印技术制造随形冷却模具,对3D打印的基材进行研究,添加30%(质量分数)碳化钨(WC)的3D打印复合材料的抗压强度和压缩屈服强度最高分别达到1757 MPa和1677 MPa,较之模具钢基体的压缩性能提升约20%。

针对模具设计中存在的冷却时间过长、产品翘曲变形和尺寸不稳定的问题,设计了基于金属3D打印的随形冷却水路模具,并借助Moldflow软件进行模拟分析。

结果表明:随形水路方案可以显著提高冷却效率,减小产品变形。

金属3D打印技术在随形冷却模具领域中具有广泛的应用价值。

【总页数】10页(P49-58)
【作者】曾绍连;刘建业;牛留辉;彭景光
【作者单位】上海大学材料科学与工程学院;省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室;上海汉邦联航激光科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ320.66
【相关文献】
1.基于3D打印技术的随形冷却塑料模具制造技术
2.基于3D打印的随形冷却水道注塑模具设计
3.基于随形冷却技术的医用针筒注塑模具设计
4.基于3D打印技术
的注塑模随形冷却水路设计5.基于“BIM+3D打印技术”在异性混凝土构件模具设计中应用研究
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基于3D打印的随形冷却水道注塑模具设计
刘斌;谭景焕;吴成龙
【期刊名称】《工程塑料应用》
【年(卷),期】2015(41)10
【摘要】以某机床冷却水泵叶轮塑件的注塑模具为研究对象,采用不同的方案进行随形冷却水道的设计,利用Moldflow软件进行模流分析,选出冷却效果最优的冷却方案,并根据所确定的冷却方案进行随形冷却水道和型腔镶件的设计;然后利用3D 打印中的选择性激光熔化技术进行加工制造,得到随形冷却水道与型腔一体的模具镶件;最后完成整个模具的装配,并注射成型出合格的叶轮塑件.
【总页数】4页(P71-74)
【作者】刘斌;谭景焕;吴成龙
【作者单位】华南理工大学聚合物成型加工工程教育部重点实验室,聚合物新型成型装备国家工程研究中心,广州510641;华南理工大学聚合物成型加工工程教育部重点实验室,聚合物新型成型装备国家工程研究中心,广州510641;华南理工大学聚合物成型加工工程教育部重点实验室,聚合物新型成型装备国家工程研究中心,广州510641
【正文语种】中文
【中图分类】TQ320.5+2
【相关文献】
1.基于SLM成形随形冷却水道注塑模具的应用 [J], 郭东海;冯涛;段国庆;包洪彬;吴朋越
2.基于Moldflow和3D打印的注塑模具随形冷却水道设计 [J], 谭景焕;刘斌;吴成龙
3.基于Moldflow的注塑模具随形冷却水道设计与分析 [J], 张森森;张留伟;;
4.基于Moldflow的注塑模具随形冷却水道设计与分析 [J], 张森森;张留伟
5.基于3D打印的注塑模具随形冷却水道设计研究 [J], 高志华;孙育竹
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