Moldex3D模流分析之缩短3D打印产品的成型周期

大纲

为缩短产品的成型周期同时提升零件质量，Objectify Technologies Pvt. Ltd.设计异型冷却水路作为解决方案。在利用Moldex3D模拟原始设计水路及异型水路的冷却效率及产品翘曲差异后，决定将隔板式水路换成以DMLS技术制作的异型水路。经实际开模使用，验证了Moldex3D之分析结果与现场高度相符。

挑战

缩短冷却时间

减少间隙内的翘曲及零件组装的填隙公差

解决方案

打造全新异型水路设计以改进冷却效率。新的异型水路设计能有效优化必要的冷却时间，在短时间内即可达到目标温度。

效益

冷却时间缩短约 65%

翘曲大致上减少为 25%

整体产能提升至 50%

案例研究

为追求轻量化与节省能源，汽机车产业使用射出成型的塑料零件取代金属零件的比例越来越高。在本案例中，产品弯曲的管状设计造成模具内部冷却不易。传统的加工方式仅能制作结构简单的直通水路，无法让产品均匀且快速的冷却。这不仅造成产品成型周期过长，冷却不均也让产品变形严重、良率降低。因此Objectify Technologies Pvt. Ltd团队利用Moldex3D分析异型水路与传统水路差异，利用直接金属雷射烧结(DMLS)技术，实现异型水路的优势。结果大幅降低产品成型周期，同时减少变形、提升良率，为客户提高产能。

传统水路设计如图一所示，隔板式水路无法深入弯管内部，导致产品在冷却阶段结束后温度分布不均，软管一端已完全冷却，而另一端却出现积热，导致产品公母模温差高达70℃(图二)。

图一 原始隔板式水路设计

图二 使用隔板式水路时，公母模温差分布图

优化方案将隔板式水路改为异型水路(图三)，此时水路可通过整个塑件内，原先积热问题可获得解决，使得公母模温差下降至15℃(图四)。

图三 异型水路设计

图四 改用异型水路后，公母模温差分布图

此外，由图五中模座温度剖面图可更清楚观察到，模具温度受到不同的冷却水路设计影响出现巨大差异。图五(a)中使用原始水路设计，靠近隔板式水路端，模具温度在圆管内外分布均匀;而远离隔板式水路端，圆管内部无法有效散热，温度明显较高。图五(b)则采用异型水路设计，由于水路可沿着圆管内部几何造型排列，管内外无明显温差，也不会出现产品两端温度分布不均的情况。

图五 模座温度剖面图：(a)原始隔板式水路设计；(b)异型水路设计

原始水路设计无法均匀降温，造成产品严重的变形问题。使用异型水路解决积热问题后，产品变形的情况才获得大幅改善，产品总变形量由原先3.8毫米下降至2.9毫米(图六)，有效提升产品良率。

图六 产品翘曲变形：(a)原始隔板式水路设计；(b)异型水路设计

最终，客户运用Moldex3D协助修改与预测优化条件，经现场试模结果显示，有效降低成型时间与翘曲。(图7)

图七 现场试模结果：(a)成型周期；(b)优化后产品

结果

Objectify Technologies Pvt. Ltd团队运用直接金属雷射烧结(DMLS)技术实现异型水路设计，经现场试模验证，利用Moldex3D所预测新的异型水路冷却时间仅需9秒，相较于使用隔板式水路时需要25秒，冷却时间缩短65%，显著提升整体产能。此外，冷却后产品均匀的温度分布导致变形量降低约25%，实现了产品质量的优化。研究结果证明，利用Moldex3D的卓越制程优化性能，可为制造业者提供了实质而可靠的解决方案，促使更高效的生产流程。