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增材专栏 | 实战案例之3D打印随形流道注塑模具的设计与仿真

安世亚太

4年前浏览3576

以下文章来源于增材制造创新设计，作者结构优化工作室

在塑料注塑过程中，模具温度对注塑制品的质量和生产效率有重要的影响。

模具型腔中的冷却均匀性直接影响制品的热残余应力，热残余应力是注塑品变形的重要原因。

模具型腔中的冷却速度直接影响冷却时间，整个产品的生产周期长短主要由冷却时间控制。

因此对模具的温度控制就变得尤为重要，它主要通过模具的冷却系统来进行适当的控制和调节。

传统的模具冷却水路加工方法主要采用钻孔加工，所以冷却水路主要是直线型。同时，水路在设计时还受到抽芯机构、顶出系统、镶拼结构等的约束，严重制约着冷却水道的分布、大小和数量。

3D打印技术在成形复杂结构方面具有天然的优势，让复杂结构的随形冷却流道变为可能。

随形冷却流道的结构优化，有利于提高水路的冷却平衡性，消除模具中的热点，使冷却更均匀，避免产品发生变形、裂纹等缺陷。

随形冷却流道的结构优化，也有利于减少冷却时间，缩短产品的生产周期，提高生产效率。

3D打印随形冷却流道有以下三大优势：

▶（1）周期缩短，成形速度更快

缩短成形周期可以使注塑件生产效率提高。在一个注塑成形周期中，开模、闭模、注塑以及保压时间通常远小于塑件的固化及冷却时间，固化及冷却时间占整个成形周期的50%~80%。3D打印随形冷却流道更贴近模具型腔表面，提高冷却效率，缩短成形周期。

▶（2）冷却均匀，尺寸精度更高

模具温度稳定，能减少塑件收缩率的波动，提高塑件成形精度。一般来说，结晶形塑料，模具温度高有利于结晶过程的进行，结晶充分的塑件在存放或使用过程中不易发生尺寸的变化。较柔软的塑料，成形过程中适合用低模具温度。无论哪种材料，3D打印随形冷却流道模具温度越恒定，其收缩越一致，越有利于提高成形注塑品的尺寸精度。

▶（3）热应力小，力学性能更强

不均匀的冷却会在注塑件中产生内部残余热应力，对注塑件的力学性能产生不利的影响。3D打印随形冷却流道模具均匀冷却可以降低塑件内应力，提高塑件的力学性能和使用寿命。

结构优化工作室基于注塑产品的技术需求、随形水路的设计要求、3D打印的工艺特点，为模具行业应用提供全套解决方案。包括模流分析、随形水路设计、模具3D打印、模具的后续处理和加工。

本文以一个注塑模具随形冷却流道设计为例，详解3D打印模具设计的全过程。

01设计背景