快速成型与3D打印 在模具制造中的应用 基于3D打印的随形冷却流道注塑模具设计与制造.docVIP

职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 快速成型与3D打印 制作人：吴兵 PAGE 2 制作人：吴兵 基于3D打印的随形冷却流道注塑模具设计与制造 /a/140254318_641609（2017.5.13） 一、3D打印随形冷却注塑模具 传统注塑模具包括成型零件、导向部件、浇注系统、脱模机构、抽芯机构、排气系统、温控系统和其他结构零件等部分。其中60%的产品缺陷来自不能有效地控制模具温度，因为冷却过程在整个注塑过程中的时间最长，有效的冷却系统就尤其关键。 不同因素对模具造成缺陷的影响程度 注塑过程所占时间比 传统模具采用直线型冷却水道，冷却效率低。新型模具将冷却水道形状依据产品轮廓的变化而变化，模具无冷却盲点，有效提高冷却效率，减少冷却时间、提高注塑效率；水道与模具型腔表面距离一致，有效提高冷却均匀性、减小产品翘曲变形，提高了产品质量。 传统直线型冷却水道 随行冷却流道设计 随形冷却流道位于刀具的加工盲区，传统的加工方法无法实现，而3D打印技术通过层层制造的方式加工内部复杂流道，是实现此类结构的有效加工手段。采用3D打印技术制造的主要部件是成型零件和冷却系统，不仅简化了制造工艺，同时也方便了随形冷却水道的设计，提高了设计的效率，随形性更为理想，可以更好的减少缺陷。 3D打印的随行冷却水道 二、3D打印模具与传统模具的优劣势 传统的模具制造需要经过图纸设计、工艺审查、可制造性分析、设计工艺、编程、加工等流程，步骤繁琐，花费时间较长，且涉及较多的人工参与及工具使用。3D打印的突出优势就是设计的无限性、较少的人工参与、优秀的成型质量以及工期的大大缩短，仅需要模具的三维模型即可输入打印机自行加工，提高了生产效率，可适应0.8~1.5Mpa甚至更高高压的模温机，提升了最终产品的质量，使产品的单位成本降低。此外，传统模具需要使用机械加工进行除锈，3D打印模具可以通过超声电解的方式进行维护。 制造过程对比 3D打印的零件表面具有一定的粗糙度，表面无法达到镜面效果，直接打印的模具需要经过喷砂和机加工消除细小的台阶，螺纹孔需要进行切削或攻丝，小于1mm的孔必须钻，更大的孔需要扩孔或者钻孔。这些二次处理很大程度上削弱了3D打印模具的速度优势。 随形冷却流道设计与制造 3D打印随形冷却流道首先要根据客户的需求进行流道设计，经过模流分析之后即可进行打印，这个产品制作过程需要考虑材料、工艺、制作周期以及成本。设计在整个随形冷却流道的制作过程中最为重要，基准计算与模流分析保证了模具的冷却效果，流道的形状设计将影响能否成功打印。 随形冷却流道制造流程 随形冷却流道设计—基准计算 模流分析 3D打印随形冷却流道由于使用金属粉末作为材料，应尽量避免支撑，即较大悬空面的出现。可以通过改变流道的形状、倾斜角度等方式避免打印失败，同时流道的设计应避免死水区，流道尽可能靠近浇位面，且流道到型壁的距离尽可能大于等于管径。 改变流道的形状、倾斜角度 四、案例分享 1. 汽车水杯架存在的问题：生产周期长，翘曲变形冷却面积：增加4倍 传统模具注塑周期：78 S 随形冷却模具注塑周期：42 S 翘曲变形：减小57.5% 路由器壳体存在的问题：生产周期长 传统模具冷却时间：15S 随形冷却模具冷却时间：6.7S 路由器壳 路由器壳体随行冷却水路 路由器壳体存在的问题：生产周期长，四角容易发生翘曲变形 传统模具冷却时间：78.7 S 随形冷却模具冷却时间：41.9 S 翘曲变形：减小23% 路由器壳体随行冷却水路 灯罩存在的问题：生产周期长，部分地区散热不足导致翘曲变形 传统模具冷却时间：9.4S 随形冷却模具冷却时间：6.5S 翘曲变形：减小5% 5. 扇叶轮存在的问题：生产周期长 传统模具冷却时间：43.5S 随形冷却模具冷却时间：32.1S 扇叶轮注塑件 传统直线型水道与随行冷却流道模具图 随行冷却模具 6. 风扇叶片