金屬3D打印隨形冷卻注塑模具生產率提高30%

2026-04-16 02:07:21

　　3D打印的金屬隨形冷卻模具，在模具行業已經得到了驗證，B&J Specialty公司使用3D Systems公司的金屬3D打印機，為客戶製造隨形冷卻注塑鑲件，全新的模具鑲件在冷卻過程中將溫度變化降低到了18˚C，且將模具收縮循環時間從1分鍾降到了40秒，整體生產效率提高了30%。

　　3D Systems的金屬增材製造工藝和Cimatron模具設計軟件使得模具鑲件的冷卻循環大大減少。

　　ruozhusulengquexunhuanguochengzhongdewendubianhuajiaoda，huidaozhilingbujianqiaoqudefengxiandadazengjia。duichuantongfangshishejihezhizaodezhusuqicheguandaojinxingceshishihuizaizhenggeceshiguochengzhongchansheng132˚C的溫度波動，B&J Specialty公司因此向其客戶推薦使用隨形冷卻注塑鑲件，以便實現更為均衡的冷卻。為實現該目標，B&J Specialty的工程師使用了3D Systems的Cimatron®軟件來進行模具設計，內部冷卻水路根據零部件的表麵隨形設計。為了生產出複雜精準的內部冷卻水路，他們采用了3D Systems 金屬增材製造設備ProX® DMP 300進行打印。全新的隨形冷卻模具鑲件在冷卻過程中將溫度變化降低到了18˚C，且將模具收縮循環時間從1分鍾降到了40秒，整體生產效率提高了30%。

　　次優冷卻水路導致較大的溫度變化

　　隨形冷卻模具利用現代技術解決了存在已久的問題。許多注塑件都是曲麵, 但dan用yong於yu創chuang造zao冷leng卻que水shui路lu的de鑽zuan孔kong卻que隻zhi能neng鑽zuan出chu直zhi線xian。在zai大da多duo數shu情qing形xing下xia，這zhe就jiu意yi味wei著zhe冷leng卻que水shui路lu無wu法fa與yu零ling部bu件jian的de幾ji何he特te征zheng相xiang匹pi配pei。傳chuan統tong方fang式shi製zhi造zao的de冷leng卻que直zhi線xian必bi須xu繞rao過guo零ling部bu件jian的de最zui外wai層ceng，以yi避bi免mian對dui模mo具ju型xing腔qiang產chan生sheng幹gan擾rao，這zhe就jiu意yi味wei著zhe靠kao近jin零ling部bu件jian中zhong心xin越yue近jin的de部bu分fen通tong常chang離li最zui近jin的de冷leng卻que水shui路lu較jiao遠yuan。因yin此ci，經jing常chang會hui在zai冷leng卻que過guo程cheng的de一yi開kai始shi就jiu導dao致zhi零ling部bu件jian上shang出chu現xian明ming顯xian的de溫wen度du變bian化hua。

　　B&J Specialty對(dui)汽(qi)車(che)管(guan)道(dao)進(jin)行(xing)了(le)重(zhong)新(xin)設(she)計(ji)，以(yi)便(bian)增(zeng)加(jia)冷(leng)卻(que)效(xiao)率(lv)，其(qi)特(te)點(dian)是(shi)具(ju)有(you)多(duo)個(ge)不(bu)規(gui)則(ze)曲(qu)麵(mian)。在(zai)原(yuan)始(shi)模(mo)具(ju)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)中(zhong)，是(shi)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)中(zhong)心(xin)和(he)定(ding)子(zi)塊(kuai)鑽(zuan)出(chu)冷(leng)卻(que)直(zhi)線(xian)，以(yi)便(bian)調(tiao)整(zheng)模(mo)具(ju)的(de)幾(ji)何(he)特(te)征(zheng)，允(yun)許(xu)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)的(de)翹(qiao)曲(qu)。而(er)對(dui)於(yu)不(bu)規(gui)則(ze)形(xing)狀(zhuang)的(de)管(guan)道(dao)而(er)言(yan)，管(guan)道(dao)的(de)幾(ji)大(da)重(zhong)要(yao)特(te)征(zheng)都(dou)與(yu)冷(leng)卻(que)水(shui)路(lu)無(wu)關(guan)，因(yin)為(wei)存(cun)在(zai)著(zhe)直(zhi)線(xian)通(tong)道(dao)的(de)限(xian)製(zhi)。由(you)此(ci)產(chan)生(sheng)的(de)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)會(hui)產(chan)生(sheng)殘(can)餘(yu)應(ying)力(li)，導(dao)致(zhi)零(ling)部(bu)件(jian)在(zai)冷(leng)卻(que)的(de)時(shi)候(hou)變(bian)得(de)彎(wan)曲(qu)。過(guo)去(qu)，零(ling)部(bu)件(jian)製(zhi)造(zao)商(shang)們(men)常(chang)會(hui)延(yan)長(chang)冷(leng)卻(que)循(xun)環(huan)周(zhou)期(qi)來(lai)解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)，以(yi)確(que)保(bao)將(jiang)零(ling)部(bu)件(jian)從(cong)模(mo)具(ju)上(shang)卸(xie)下(xia)之(zhi)前(qian)使(shi)零(ling)部(bu)件(jian)完(wan)全(quan)固(gu)化(hua)，並(bing)對(dui)鑲(xiang)件(jian)進(jin)行(xing)調(tiao)整(zheng)以(yi)便(bian)允(yun)許(xu)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)的(de)翹(qiao)曲(qu)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)存(cun)在(zai)的(de)問(wen)題(ti)是(shi)延(yan)長(chang)冷(leng)卻(que)循(xun)環(huan)周(zhou)期(qi)會(hui)降(jiang)低(di)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)，增(zeng)加(jia)零(ling)部(bu)件(jian)製(zhi)造(zao)成(cheng)本(ben)。

　　借助隨形冷卻水路改進模具

　　根據Jarod Rauch（B&J Specialty公司的信息技術和3D打印經理）的說法，汽車管道是改進版隨形冷卻設計的一個很好的應用實例，可以提高零部件的質量，減少報廢率，縮短冷卻循環周期。B&J Specialty向一個客戶（汽車供應商）提出了這個解決方案，該客戶答應對新方法進行測試。得到了原始幾何數據的CAD文件後，B&J Specialty公司工程師使用3D Systems的Cimatron模具設計軟件開始了設計工作。Cimatron可以稱得上是一站式軟件解決方案，幫助我們實現完整的CAD設計功能，使得我們能夠采用統一軟件環境直接進入到3D打印建模準備階段。”

　　Rauch稱B&J Specialty是在研究隨形冷卻在金屬3D打印機上的應用時接觸的Cimatron軟件。“我們看到3D Systems提供了一個完整的端到端解決方案，包括模具設計軟件、3D打印建模準備軟件和3D打印機，正是這一點讓我對這個解決方案非常滿意，”Rauch說道。“3D Systems不僅關注設備，還關注工程師的增材設計過程。”

　　與Cimatron合作後，B&J Specialty公司工程師放棄了原來的直線冷卻水路，並用隨形冷卻水路取代，水路與零部件表麵的距離保持恒定。采用金屬3Ddayinjishujinxingzuizhongdemojushengchanshidegongchengshinenggoushejifuzadelengqueshuilu，tongshijiemianhejiekoubiaomiandezhiliangdedaolegaishan。cileigongnengquebaoletuanliu，jinyibuzengjialecongmojuchuandidaolengquejishangdereliang，shidelengquexiaolvgenggao。nenggougenggaoxiaodijinxingmojulengquehou，jiujiangdilelingbujiandequexianlv（比如翹曲和縮痕），確保了零部件的質量。這種方法降低了校正、試錯率和抽樣率，生產的零部件質量更高，為模具製造商和運營商節約了大量的時間和金錢。

　　通過精確的模擬仿真設定期望值

　　B&J Specialty公司工程師隨後將模具文件從Cimatron軟件導入Moldex3D（注塑仿真軟件），以便進行整體的冷卻仿真。“Cimatron與Moldex3Dwanquanjianrong，shidewomennenggouhenrongyidijiuduizhenggezhusuguochengjinxingmonifangzhen，binghuizhichumojuhelingbujiandewendubianhuatu，zhaochuredianhelengquedian，bingmonibutonglengqueshijianzaochengdexiaoguo，”Rauch說shuo道dao。該gai仿fang真zhen過guo程cheng還hai給gei指zhi出chu了le一yi些xie重zhong點dian可ke以yi改gai進jin的de區qu域yu，在zai實shi際ji生sheng產chan之zhi前qian可ke對dui此ci類lei重zhong點dian區qu域yu的de冷leng卻que策ce略lve進jin行xing重zhong新xin設she計ji。將jiang原yuan始shi模mo具ju設she計ji與yu全quan新xin的de隨sui形xing冷leng卻que水shui路lu設she計ji進jin行xing仿fang真zhen對dui比bi，結jie果guo顯xian示shi新xin零ling部bu件jian的de溫wen度du分fen布bu得de到dao了le極ji大da的de改gai善shan，溫wen度du變bian化hua降jiang低di了le86%。

　　具有隨形冷卻水路的3D打印模具鑲件

　　B&J Specialty公司工程師隨後使用了3D Systems 3DXpert™金屬增材製造軟件進行模具鑲件的設計，為生產做準備。他們導入零部件的數據，優化幾何特征數據，計算掃描路徑，布局3D打印構建平台，並將數據直接從3DXpert軟件發送到的3D Systems ProX DMP 300 金屬3D打印機。

　　ProX DMP 300采用高精度的激光頭，使用3D Systems LaserForm®材料在水平薄層有選擇性地構建金屬粉末顆粒，層層疊加。對於汽車管道模具，B&J Specialty公司使用了馬氏體時效鋼材料。“ProX DMP 300在製造隨形冷卻水路方麵表現很棒，因為其精度非常高，”Rauch說道。“我們可允許三千分之一到四千分之一的公差。”3D Systems的直接金屬打印（DMP）專利技術使得我們能夠使用更小的材料顆粒製造出最為精細的細節和最薄的壁厚。最終可實現零部件表麵粗糙度5μm（200Ra微英寸），並且不需要太多的後處理。

　　生產效率大大提高

　　打印完成後，B&J Specialty公司使用藍光3D掃描儀將鑲件掃描到3D Systems Geomagic® Control X™檢測計量軟件，將網格覆蓋在設計好的幾何體上，對金屬3D打印模具鑲件進行驗證。隨後將鑲件寄給汽車供應商，供應商再將鑲件安裝到鑄模機上。“基準測試結果顯示隨形水路使得冷卻過程更為均衡，因此縮短了冷卻循環時間，將生產效率提高了30%，”Rauch說道。“youyusuixinglengqueshidelengquexunhuanshijiansuoduan，yinerjiangdilezhusuyali，daozhimojushoumingdafudutigao，fanguolaiyoujiangdilefenmoxiandemosun，jianshaolemojudefuzaxijie。”

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