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	<title>3D科学谷 &#187; mould</title>
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	<description>三维科学， 无限可能！</description>
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		<title>案例 l 减重79%，带点阵结构的3D打印Ti-6Al-4V注塑模具</title>
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		<pubDate>Mon, 13 Jun 2022 07:29:44 +0000</pubDate>
		<dc:creator><![CDATA[3DScienceValley]]></dc:creator>
				<category><![CDATA[3D新闻]]></category>
		<category><![CDATA[工业级3D打印机]]></category>
		<category><![CDATA[Frontier]]></category>
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		<description><![CDATA[根据3D科学谷的市场了解，通常注塑模具需要很大的重量、巨大的材料成本、安全管理和&#46;&#46;&#46;]]></description>
				<content:encoded><![CDATA[<p>根据3D科学谷的市场了解，通常注塑模具需要很大的重量、巨大的材料成本、安全管理和辅助设施的安装。在本期案例研究中，通过3D打印-增材制造 (AM) 技术实现了一种由点阵晶格结构组成的轻质注塑模具，模具的重量和材料用量减少了约 79%，通过注塑测试，使用聚氯乙烯 (PVC) 成功注塑 400 次而不损坏模具。</p>
<p style="text-align: center;"><span style="color: rgb(153, 153, 153);"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2022/06/-e1654697183581.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-27395" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2022/06/-e1654697183581.jpg" alt="点阵建模软件" width="650" height="450" /></a>点阵建模软件</span><br />
<span style="color: rgb(153, 153, 153);">© 3D科学谷白皮书</span></p>
<p><strong><span style="color: rgb(0, 204, 255);">轻量化模具</span></strong></p>
<p>在汽车、航空航天、船舶和家电行业中，需要大型模具来制造零件。然而，大型注塑模具存在与模具材料的重量和单位成本、安全管理风险以及对辅助设施的需求相关的问题，这些问题可以通过使用轻量化模具来克服。换言之，可以通过3D打印-增材制造技术制造带点阵结构的模具内部，从而获得轻量化的效果。</p>
<p style="text-align: center;"><span style="color: rgb(153, 153, 153);"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2022/01/Valley_Light.png"><img class="aligncenter size-full wp-image-25749" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2022/01/Valley_Light.png" alt="Valley_Light" width="608" height="420" /></a>轻量化的实现方式</span><br />
<span style="color: rgb(153, 153, 153);">© 3D科学谷白皮书</span></p>
<p>当前为了减轻模具的重量，有一种方式是采用塑料材质的快速模具，不过塑料作为模具存在热性能低的缺点，因此，对于轻质注塑模具，塑料模具是理想的，但是，它们具有热阻低等局限性。</p>
<p style="text-align: center;"><span style="color: rgb(153, 153, 153);"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2021/11/Valley_Mould_1-e1637907777197.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-25012" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2021/11/Valley_Mould_1-e1637907777197.jpg" alt="Valley_Mould_1" width="650" height="455" /></a>模具的3D打印制造技术</span><br />
<span style="color: rgb(153, 153, 153);">© 3D科学谷白皮书</span></p>
<p>为了提高传热性能，带点阵晶格结构的金属注塑模具是理想的选择，根据3D科学谷的了解，一般来说，制造传统模具需要设计、铣削、车床、钻孔、线切割、计算机数控 (CNC) 加工和组装等许多过程，并且在各个阶段都需要熟练的劳动力。通过 AM-增材制造技术可以简单地减少设计和组装等过程。</p>
<p style="text-align: center;"><span style="color: rgb(153, 153, 153);"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2022/06/White-paper_金属点阵.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-27470" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2022/06/White-paper_金属点阵.jpg" alt="White paper_金属点阵" width="630" height="470" /></a>金属点阵结构的制造技术</span><br />
<span style="color: rgb(153, 153, 153);">© 3D科学谷白皮书</span></p>
<p><strong><img class="alignnone size-full wp-image-8239" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2017/01/block.gif" alt="block" width="20" height="8" /> 3D打印点阵晶格结构的轻质模具</strong></p>
<p>在3D打印注塑模具这个过程中，使用点阵晶格结构可以节省制造成本，甚至材料成本。在《Lightweight injection mold using additively manufactured Ti-6Al-4V lattice structures》案例中，使用3D打印-增材制造技术，研究人员通过计算机辅助工程 (CAE) 研究了点阵晶格可以承受的最大载荷和最小表面结构的形成，用于制造轻质模具。</p>
<p><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2022/06/Lightweight-injection-e1655105298284.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-27468" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2022/06/Lightweight-injection-e1655105298284.jpg" alt="Lightweight injection" width="650" height="168" /></a></p>
<p>研究人员进行了全面的研究，包括点阵晶格结构的压缩测试、增材制造设计 (DfAM) 模具的 CAE 分析、轻质模具的 AM-增材制造以及注塑成型的可行性测试。</p>
<p><span style="color: rgb(153, 153, 153);"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2022/06/Lightweight-injection_2-e1655105307261.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-27469" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2022/06/Lightweight-injection_2-e1655105307261.jpg" alt="Lightweight injection_2" width="650" height="454" /></a>© 《Lightweight injection mold using additively manufactured Ti-6Al-4V lattice structures》</span></p>
<p>对于以拉伸和弯曲为主的晶格结构，首先根据施加于注塑模具的压缩载荷来研究屈服强度。此外，通过CAE分析确认了模具的应力分布，同时考虑了注射过程中聚合物材料在模具中的锁模力和压力。</p>
<p>根据知乎，锁模力又称合模力，是指注塑机的合模机构对模具合模后所能施加的最大夹紧力。当原料以高压注入模穴内时会产生一个撑模的力量,因此注塑机的锁模单元必须提供足够的“锁模力”使模具不至于被熔融料撑开。当熔体充满型腔时，注射压力在型腔内所产生的作用力总是力图使模具沿分型面胀开，为此，注射机的锁模力必须大于型腔内熔体压力与塑料制品及浇注及浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积。</p>
<p>基于压缩测试和CAE分析，每个能够抵抗注塑过程中产生的载荷的晶格结构都被适当地放置在模具内。使用聚氯乙烯 (PVC) 或橡胶注射所需的 Ti-6Al-4V 增材制造轻质模具；模具材料会受到基于氯化物和硫磺的腐蚀。</p>
<p>结果，与实心模具相比，重量成功减轻了约 79%，并且使用 PVC 注射了 400 次注射到轻质模具中而没有任何损坏，这证实了轻质模具用于注塑成型的可行性。换句话说，通过将 AM 技术与 Ti-6Al-4V 一起应用，展示了一种具有点阵晶格结构的轻质模具，因此，预计这样的设计将有助于扩大在模具行业中使用 AM-增材制造 技术的应用领域，包括安全相关风险预防和降低成本。</p>
<p>研究人员设计的点阵晶格结构是使用3D systems的3DXpert软件设计的结构，使用ANSYS静态结构软件进行结构分析，以确认在注射成型过程中根据密度和模具的压缩载荷下晶格结构的单元格的应力分布。在单元格结构分析的情况下，网格尺寸设置为 0.2 mm。</p>
<p>为了验证3D打印-增材制造具有点阵晶格结构的Ti-6Al-4V材质的轻质模具的可行性，研究人员进行了注塑测试，将 PVC 熔体注入3D打印的轻质模具中。喷嘴温度、螺杆转速、保压压力和冷却时间分别设置为 250 °C、20 mm/s、22 MPa 和 15 s。反复进行注塑测试，直到注塑周期达到 400 次。</p>
<p><img class="alignnone size-full wp-image-8239" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2017/01/block.gif" alt="block" width="20" height="8" /> <strong>3D打印点阵晶格的更多机遇与挑战</strong></p>
<p>点阵或带螺旋的轻量化结构不仅仅可以用于为模具减重，还可以直接作为留道，提升注塑模具散热能力。通过使用螺旋状的冷却流道，使得热交换表面增大，同时减少了壁的厚度。</p>
<p style="text-align: center;"><span style="color: #999999;"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2022/06/Fortify_PTC.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-27471" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2022/06/Fortify_PTC.jpg" alt="Fortify_PTC" width="597" height="646" /></a>©Fortify</span></p>
<p>不过，根据3D科学谷的了解，点阵结构的建模和3D打印中还存在不少挑战。一个关键的挑战是要证明设计的性能可靠性，特别是在抗疲劳方面。由于点阵结构的表面和尖锐的交叉点很多，这带来了应力集中。</p>
<p>在点阵结构的设计方面，软件企业与增材制造企业以及点阵结构应用企业进行了大量探索。例如，在软件企业中，安世亚太针对增材制造点阵结构仿真分析，开发了多尺度算法仿真软件Lattice Simulation,基于多尺度算法，用户可以采用等效均质化技术对点阵结构进行有限元分析,并且提取非均质化点阵结构的等效材料参数，在均质化等效实体模型宏观力学分析后，可以通过局部分析对胞元结构进行详细的应力校核。</p>
<p>在应用企业中，中国空间技术研究院总体部根据三维点阵的胞元形式的特点，结合三维点阵在航天器结构中应用的实际情况，提出三维点阵结构胞元的表达规范，即通过胞元占据的空间并结合胞元杆件的直径来表达三维点阵结构胞元的设计信息。</p>
<p><span style="color: #999999;">知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。</span></p>
<p><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2022/02/frontier-s-e1645175895999.png"><img class="aligncenter size-full wp-image-25915" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2022/02/frontier-s-e1645175895999.png" alt="frontier-s" width="300" height="48" /></a></p>
<hr />
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		<title>汛期已至，3D打印模具为防积水倒灌提供助力</title>
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		<pubDate>Fri, 11 Jun 2021 07:53:14 +0000</pubDate>
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		<description><![CDATA[汛期已至，一旦下大雨，部分输水隧洞的阀井地势低洼，遇到极端情况可能面临积水倒灌的&#46;&#46;&#46;]]></description>
				<content:encoded><![CDATA[<p>汛期已至，一旦下大雨，部分输水隧洞的阀井地势低洼，遇到极端情况可能面临积水倒灌的风险，威胁市民的饮用水安全。</p>
<p>根据北京日报，近日北京市南水北调南干渠管理处研发了个性化定制的软塞，供巡查人员在雨前或雨中快速完成封堵操作，保障供水安全。该软塞是通过3D打印定制模具制造的。</p>
<p style="text-align: center;"><span style="color: rgb(153, 153, 153);"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2021/06/part_Mould-e1623397856162.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-23352" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2021/06/part_Mould-e1623397856162.jpg" alt="part_Mould" width="650" height="460" /></a>3D打印软塞模具© 北京日报</span></p>
<p>南干渠管理处工程科科长王彦强介绍，南水北调中线一期工程通水后，主要用于城市居民生活用水。入京后的南水北调输水隧洞深埋地下，源源不断地输送着“生命之水”到千家万户。然而，由于南干渠工程阀井大部分处于五环绿化带内，部分阀井区域地面地势低洼，汛期容易发生积水，必须严防极端情况下积水倒灌阀井。</p>
<p>“以前主要是用<strong>沙袋或土工膜、塑料布封堵来应对倒灌的隐患</strong>，但是相对费时、费力，成本高，封堵效果没保障。”王彦强说，为了确保“生命之水”的100%安全，针对汛期积水倒灌阀井这一潜在隐患，工程科的工作人员数次现场调研，开展技术分析会和现场实验，研究解决方案，为群众办实事。经过多次研究探索，<strong>工程科尝试用“橡胶软垫+个性化定制软塞”的方法</strong>，可在紧急情况下对井口快速封堵，防止积水倒灌入井室内部。</p>
<p style="text-align: center;"><span style="color: rgb(153, 153, 153);"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2021/06/part_Mould_2-e1623397867817.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-23353" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2021/06/part_Mould_2-e1623397867817.jpg" alt="part_Mould_2" width="650" height="551" /></a>© 北京日报</span></p>
<p>井盖与井圈之间会存在缝隙，工程技术人员首先专门针对缝隙安装了半圆形或梯形标准橡胶软垫，减少井盖开关时的磕碰和损坏，降低积水进入阀井的几率。其次，对于容易漏水的井盖孔洞，技术人员根据孔洞的材质、形状、大小及使用磨损情况，现场测量形状和尺寸，用计算机建模，3D打印定制模具，再用AB硅胶材质制作个性化软塞。需要进行临时封堵时，巡察人员带着定制软塞，可以在雨前或雨中巡察时快速完成封堵操作。</p>
<p style="text-align: center;"><span style="color: rgb(153, 153, 153);"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2021/06/part_Mould_3-e1623397861572.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-23354" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2021/06/part_Mould_3-e1623397861572.jpg" alt="part_Mould_3" width="650" height="285" /></a>© 北京日报</span></p>
<p>近日，南干渠管理处将陆续对工程沿线100余个井口安装密封胶圈。根据《南干渠管理处防汛应急预案》要求，当汛期发布橙色暴雨预警时，巡察人员会利用定制的橡胶软塞对沿线井盖孔洞快速密封，有效减少积水倒灌进入井室内部，保证工程安全和水质安全，确保平稳度汛。</p>
<p><span style="color: #999999;"><strong><span style="color: #ff0000;">l</span> 来源:北京日报</strong></span></p>
<p><span style="color: #ff0000;">白皮书下载</span>，加入3D科学谷QQ群：<span style="color: #ff0000;">106477771<br />
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</span>欢迎转载，转载请注明来源3D科学谷，并链接到3D科学谷网站原文。</p>
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		<title>注塑瓶盖的技术革新之路 — 模具3D打印随形水路</title>
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		<pubDate>Fri, 13 Sep 2019 03:55:57 +0000</pubDate>
		<dc:creator><![CDATA[3DScienceValley]]></dc:creator>
				<category><![CDATA[行业研究]]></category>
		<category><![CDATA[mould]]></category>

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		<description><![CDATA[瓶盖是食品药品包装中重要的一环，也是消费者最先与产品接触的地方，而瓶盖具有保持产&#46;&#46;&#46;]]></description>
				<content:encoded><![CDATA[<p>瓶盖是食品药品包装中重要的一环，也是消费者最先与产品接触的地方，而瓶盖具有保持产品密封性与稳定品质的特性，还具有防盗开启及安全性方面的功能，因此广泛的应用在有内容物之瓶装产品上，所以瓶盖为食品，饮料，药品，酒，制药业的上游产业，是塑料瓶容器包装之关键性产品。瓶盖产品市场的需求稳定，并且呈现出逐年上升的趋势，塑料瓶盖的质量稳定，市场占比也逐渐提升。</p>
<p><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2017/01/block.gif"><img class="alignnone size-full wp-image-8239" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2017/01/block.gif" alt="block" width="20" height="8" /></a> <strong>精致、个性、独特造型，注塑瓶盖何去何从？</strong></p>
<p>瓶盖的发展早期是使用软木材质，旋铁盖等。至今续开发出铝质的长颈铝盖，碳酸饮铝盖，热充填铝盖，注射液铝盖，药盖，塑胶瓶盖等产品。铝盖虽有部份为塑盖取代，但主要应用于酒及机能性饮，需求稳定成长，而爪盖的需求比则变动大，塑料盖的需求稳中有升。由于瓶盖为包装工业之重要一环，下游消费市场需求强的变化，将直接影响到对瓶盖的市场需求。</p>
<p>在产品质量与外形要求日益严苛的当下，小如瓶盖也要做到精致、美观、独树一帜，那么势必对瓶盖的生产技术造成冲击，如何在保障质量的同时提高生产效率，成为了瓶盖模具制造的技术难题。</p>
<p>瓶盖有两种制作工艺，分别为：注塑成型与压铸成型。注塑盖生产工艺生产流程：吸料机将混合好的材料吸入注塑机炮筒，在炮筒内加热到熔融塑化状态后，注射到模具型腔中，在型腔中冷却定型、脱模、再经过切环加垫，完成注塑生产。而压塑盖生产工艺为：吸料机将混合好的材料吸入注塑机炮筒，在炮筒内加热到半熔融塑化状态后，定量挤出到模具型腔内，上下模具合模，压塑并冷却定型、脱模、再经过切环加垫，完成注塑生产。</p>
<p>从瓶盖的的两种制作工艺我们不难看出，其中都存在最重要的一环，冷却定型。产品成型离不开冷却成型，因此冷却水路系统是瓶盖产品制作的关键所在。</p>
<p>而冷却水路是模具的重要组成部分。瓶盖质量好坏，速度快慢，大多取决于冷却水路。</p>
<p>传统制模中，冷却水路一般通过CNC加工方式，冷却水路只能通过铣床钻孔的方式加工产生内部水路网络，并通过内置止水栓和外置堵头的方式来调整水路流向。这样就导致水路布置有很大的局限性，水路只能为圆柱形直孔，无法百转环绕于模具内腔之中。当遇见形状复杂的模具产品时，传统水路无法完全贴近注塑件表面，冷却效率低且冷却不均匀，导致注塑周期长、产品变形量大。</p>
<p style="text-align: center;"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_2_1.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-16833" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_2_1.jpg" alt="Yisu_2_1" width="261" height="300" /></a><span style="color: #999999;">图1：传统水路3D模型图</span></p>
<p>在最开始生产饮料等塑胶盖与爪盖时，传统水路还是能够胜任的，但随着产品包装造型越发复杂，瓶盖的形状也越来越独特，形体凹凸不平，导致传统水路的冷却作用捉襟见肘。</p>
<p><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2017/01/block.gif"><img class="alignnone size-full wp-image-8239" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2017/01/block.gif" alt="block" width="20" height="8" /></a> <strong>新征程：3D打印获取创新的契机</strong></p>
<p>但随着3D打印技术的发展，特别是金属3D打印（SLM，选择性激光烧结）技术发展至今已经相当成熟，SLM技术现在已广泛应用于航空航天、医疗制造业中。在航空航天领域，GE用验证机对35%的3D打印零部件进行了验证、C919对3D打印件进行的大规模使用。</p>
<p>而瓶盖模具技术，也因为3D打印迎来了新生。3D打印技术又称为增材制造，是一种采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除——削切加工技术，增材制造是一种“从无到有”的制造方式。</p>
<p>针对化妆品瓶盖造型，通过这种逐层累加的3D打印技术，可以制造出一种无所不能的冷却水路——随形水路，它可根据产品轮廓的变化而变化，到达模腔任何地方，模具内部将无任何冷却盲点。（如下图）</p>
<p style="text-align: center;"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_2_2.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-16832" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_2_2.jpg" alt="Yisu_2_2" width="385" height="312" /></a><span style="color: #999999;">图2：随形水路3D模型图及侧截面图</span></p>
<p>运用这种水路，它可以使瓶盖能加快冷却速度，缩短产品的成型周期，此外，冷却均衡，减少产品缺陷，提高产品良率。</p>
<p>然而这种技术的革新，真的能给企业带来如此优势？很多人保持着观望的态度。上海毅速激光科技有限公司2007年成立于上海，（以下简称：毅速）是一家3D打印应用技术开发与服务的科技公司，毅速致力于注塑模具前沿技术的研究与开发，率先对这种技术做出了研究。</p>
<p>针对目前化妆品瓶盖模具的两种水路：传统水路与随形水路，毅速的模流分析师使用Autodesk Moldflow软件分析出化妆品瓶盖在两种水路中的：镶件温度、冷却时间、模温状态等数据。从而得出随形水路是否真的拥有奇效。</p>
<p><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2017/01/block.gif"><img class="alignnone size-full wp-image-8239" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2017/01/block.gif" alt="block" width="20" height="8" /></a> <strong>案例分析——化妆品瓶盖</strong></p>
<p>项目难点：热流道倒装设计空间受限，导致传统水路无法实现，此外产品成型周期过长，产品浇口处易烫伤。毅速设计师将公模仁镶件采用3D打印实现随形冷却，热嘴套镶件走随形水路，在产品材质上使用毅速研发的3D打印专用金属粉末EM191不锈钢进行打印。</p>
<p style="text-align: center;">在随形水路形成后，将应用随形水路与传统水路的数据进行模流对比：<br />
模流分析图：<br />
<a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_2_3-e1568346669679.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-16827" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_2_3-e1568346669679.jpg" alt="Yisu_2_3" width="650" height="303" /></a><span style="color: #999999;">图3：毅速ESU化妆品瓶盖传统水路与随形水路镶件温度对比图</span></p>
<p style="text-align: center;">从模流分析图上显示：化妆品瓶盖顶部温度最高，应用传统水路镶件温度最高94.81℃，而应用随形水路镶件温度最高62.17℃，随形水路比传统水路镶件温度低34.4%（32.6℃）。从上述的模流分析数据我们不难得出结论：应用随形水路能够使模具顶出时温度更低，有利于缩短零件顶出时间。<br />
<a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_2_4-e1568346661354.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-16826" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_2_4-e1568346661354.jpg" alt="Yisu_2_4" width="650" height="256" /></a><span style="color: #999999;">图4：毅速ESU化妆品瓶盖传统水路与随形水路冷却时间对比图</span></p>
<p style="text-align: center;">产品的冷却时间与产品的顶出成型时间有着直接关系，从图2的数据表明，应用传统水路化妆品瓶盖的冷却时间需21.71s，而随形水路仅需要6.07s，单个瓶盖的时间就可以缩短72%（15.64s），可想而知，化妆品瓶盖制造商使用应用了随形水路的模具时，瓶盖的产出速度，成型周期将会是多么快，这为制造商带来多大的经济效益。<a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_2_5-e1568346682993.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-16829" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_2_5-e1568346682993.jpg" alt="Yisu_2_5" width="650" height="603" /></a><span style="color: #999999;">图5：毅速ESU化妆品瓶盖传统水路与随形水路模温周期对比图</span></p>
<p style="text-align: center;">图3是化妆品瓶盖的模温周期图，它代表着产品平均表面温度变化，X轴为时间，Y轴为温度，从图中的曲线示意图我们可以很清晰的看出，随形水路模温比较温度，而且随着时间的推移，有一个下降的过程，然而传统水路的模温一直较高且随着时间一直升高。<a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_2_6-e1568346689838.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-16830" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_2_6-e1568346689838.jpg" alt="Yisu_2_6" width="650" height="231" /></a><span style="color: #999999;">图6：应用传统水路浇口处明显烫伤 图7：随形水路浇口处无烫痕，产品合格</span></p>
<p>图5、图6分分别是化妆品瓶盖实际产品图，因为传统水路无法完全覆盖到模具型腔之中，而化妆品瓶盖的顶部正是传统水路无法到达的区域，所以当产品冷却不均衡，顶部温度过高，非常容易造成浇口烫伤，而随形水路运用3D打印技术，可以将水路遍布模具型腔的任意位置，因此冷却均衡，很好的避免了这个问题。</p>
<p>从随形水路与传统水路的几组模流分析对比图上，我们可以很清晰的了解到化妆品瓶盖生产过程中的镶件温度、冷却时间、模温周期各自是怎么样的一个变化。从这场分析中我们可以总结以下几点：</p>
<p>1、根据注塑件形状复杂程度，可降低冷却时间20%至50%；<br />
2、根据注塑件形状，可减少变形量15%至90%；<br />
3、模具成本略有增加，但综合注塑产能、良品率等因素，最终效益大幅提高；<br />
4、随形水路应用范围广，可用于多数注塑件的冷却优化。</p>
<p>3D打印技术的应用，不仅仅在航天航空等高科技领域，技术下沉，注塑瓶盖与3D打印技术的结合，当实体制造业遇见高科技技术，它给你带来的确是实实实在在的经济效益。而当下面对越来越复杂的材料、设计、产品，企业如果再不进行升级转型，提升自己，难免就会被时代所淘汰。而3D打印的随形水路在化妆品瓶盖的应用，无论是生产效率或是产品质量，都带来了意想不到的惊喜。</p>
<p>文章来源：上海毅速</p>
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		<title>突破传统模具制造的“关键先生”——随形水路冷却系统</title>
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		<pubDate>Thu, 12 Sep 2019 13:06:59 +0000</pubDate>
		<dc:creator><![CDATA[3DScienceValley]]></dc:creator>
				<category><![CDATA[行业研究]]></category>
		<category><![CDATA[mould]]></category>

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		<description><![CDATA[质量与效率是模具制造的基本要求。面对国民生活水平的日益提高，消费者对于产品外形结&#46;&#46;&#46;]]></description>
				<content:encoded><![CDATA[<p>质量与效率是模具制造的基本要求。面对国民生活水平的日益提高，消费者对于产品外形结构与时效性的要求逐渐严苛。因此，模具制造企业如何平衡质量与效率这一矛盾关系，是当下热议课题。</p>
<p><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2017/01/block.gif"><img class="alignnone size-full wp-image-8239" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2017/01/block.gif" alt="block" width="20" height="8" /></a> <strong>传统模具制造的瓶颈</strong></p>
<p>冷却水路是指在模架、模仁中利用机械加工出来的贯穿性的孔，通过某种介质（如水、油）不停的在里面循环。达到控制模具的温度，以便更好的控制塑料产品在模具中的冷却及收缩，从而控制产品尺寸及表面要求。</p>
<p>传统的模具内，冷却水路只能通过铣床钻孔的方式加工产生内部水路网络，并通过内置止水栓和外置堵头的方式来调整水路流向。这样就导致水路布置有很大的局限性，水路只能为圆柱形直孔，无法百转环绕于模具内腔之中。当遇见形状复杂的模具产品时，传统水路无法完全贴近注塑件表面，冷却效率低且冷却不均匀，导致注塑周期长、产品变形量大。</p>
<p>此外传统的模具制造需要经过图纸设计、工艺审查、可行性分析、工艺设计、编程、精加工等流程，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。</p>
<p>随着3D打印技术的发展，特别是金属3D打印（SLM，选择性激光烧结）技术发展至今已经相当成熟，SLM技术现在已广泛应用于航空航天、医疗制造业中。在航空航天领域，GE用验证机对35%的3D打印零部件进行了验证、C919对3D打印件进行的大规模使用。</p>
<p>模具行业也因为3D打印技术的发展和应用，迎来了第二次生命。这一切要归功于3D打印技术在模具行业的应用重新定义了冷却水路，而在在模具制造中，如果没有优秀的冷却水路系统，一切将无从谈起！</p>
<p><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2017/01/block.gif"><img class="alignnone size-full wp-image-8239" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2017/01/block.gif" alt="block" width="20" height="8" /></a> <strong>突破传统模具制造的“关键先生”</strong></p>
<p>上海毅速激光科技有限公司2007年成立于上海，（以下简称：毅速）是一家3D打印应用技术开发与服务的科技公司，毅速致力于注塑模具前沿技术的研究与开发。</p>
<p>3D打印技术又称为增材制造，是一种采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除——削切加工技术，增材制造是一种“从无到有”的制造方式。</p>
<p>3D打印技术的发展与革新使毅速的技术工程师们看到了希望，改变长期以来被传统水路支配的困局，提高模具制造效率与良品率成为了毅速研究的新方向。 毅速的工程师们认为，通过这种逐层累加的3D打印技术，可以制造出一种无所不能的冷却水路——随形水路，它可根据产品轮廓的变化而变化，到达模腔任何地方，模具内部将无任何冷却盲点。（如下图）</p>
<p style="text-align: center;"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_1.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-16800" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_1.jpg" alt="Yisu_1" width="611" height="258" /></a><span style="color: #999999;">传统水路3D模型图（绿色部分）                          随形水路3D模型图（绿色部分）</span></p>
<p>而随形水路目前主要利用选区激光熔化（SLM）3D打印技术与扩散焊技术来进行加工，由于SLM 3D打印技术可做出更为复杂与圆滑的水路形状且成本更低，因此SLM 3D打印技术在随形水路上应用更为广泛。毅速激光科技有限公司（ESU）所使用的的就是SLM 3d打印技术。 而相较于传统水路制作来说SLM 3D打印工艺流程就简单的多，它分为三个部分：</p>
<ol>
<li>3D文档-转换导出STL数据-STL数据切层（设计阶段）</li>
<li>选区激光熔化金属粉末组层堆积打印（制造阶段）</li>
<li>打印完成后取出工件-后处理-交货（交付阶段）</li>
</ol>
<p style="text-align: center;"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_2-e1568291437869.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-16799" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_2-e1568291437869.jpg" alt="Yisu_2" width="650" height="202" /></a><span style="color: #999999;">SLM 3D打印工艺流程</span></p>
<p>制作工艺流程虽看似简单，但金属3D打印技术在模具冷却水路制造中的应用则突破了交叉钻孔方式对冷却水路设计的限制。现在，模具设计企业可以设计出更靠近模具冷却表面的随形水路，它们具有平滑的角落，完美贴近模具型腔，实现最佳模温状态，获取更快的流量和更高的冷却效率。</p>
<p>其次随形水路突出优势在于：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输入打印机即可自行加工，从而提高了生产效率；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。</p>
<p style="text-align: center;"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_3-e1568291444616.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-16798" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_3-e1568291444616.jpg" alt="Yisu_3" width="650" height="359" /></a><span style="color: #999999;">3D打印模具随形水路流程图</span></p>
<p>毅速的工程师们经多次模流分析与实践应用，得出随形水路的各项优势数据（后附产品案例模流分析图）：</p>
<ol>
<li>根据注塑件形状复杂程度，可降低冷却时间20%至50%；</li>
<li>根据注塑件形状，可减少变形量15%至90%；</li>
<li>模具成本略有增加，但综合注塑产能、良品率等因素，最终效益大幅提高；</li>
<li>随形水路应用范围广，可用于多数注塑件的冷却优化。</li>
<li>模具维护方式简易可行。</li>
</ol>
<p><strong><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2017/01/block.gif"><img class="alignnone size-full wp-image-8239" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2017/01/block.gif" alt="block" width="20" height="8" /></a> “关键先生”的难点</strong></p>
<p>随形水路冷却系统具备诸多的优点，但在设计水路方案的过程中却仍会遇到许多难点，为了解决这些难点，毅速技术工程师经过实践摸索、吸取增材制造领域各专家的经验，总结出以下基础规则，向同行分享并期待补充：</p>
<p>1.水路的直径</p>
<p>通过铣床钻孔或车床车削等方式制造的传统冷却水路常用直径为4.0-12.0mm。这种冷却水路，如果直径过大，为了避开模具部件，会导致水路难以接近模具表面，但如果直径过小，水路加工时又可能会发生钻头偏移。</p>
<p>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。</p>
<p>2.恒定体积定律</p>
<p>传统水路制造时，其横截面积是不变的。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。</p>
<p>3.与模具表面的距离</p>
<p>冷却水路与模具表面的距离并没有一个明确的数值，对于随形水路来说，影响水路与模具表面距离的关键因素在于零件的几何形状。设计与模具表面距离时，只需要遵循一个原则即：随形水路与模具表面始终保持相同的距离，从而达到均匀冷却效果。</p>
<p>4.冷却水路的长度</p>
<p>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。</p>
<p>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。毅速的设计师们在设计冷却水路时，原则是直径最大化，流长最小化，以保证水路的冷却效率。</p>
<p>以上这些设计规则，并不是成功3D打印随形冷却水路所需要关注的全部规则，这些经验只是有效设计3D打印随形冷却水路的基础。</p>
<p><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2017/01/block.gif"><img class="alignnone size-full wp-image-8239" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2017/01/block.gif" alt="block" width="20" height="8" /></a> <strong>案例——模流分析数据为王</strong></p>
<p>“我们之所以敢如此肯定的说毅速随形水路冷却方案能够给用户提高冷却效率、缩短成型周期、以及提高产品良率，是因为在每一件模具产品制作前，我们都经过了无数次的模流分析”一位毅速模流分析工程师说道。</p>
<p>大数据时代，只有数据才能给与我们以及客户带来信任感。</p>
<p>现在以毅速3D打印成功案例——3C领域产品Housing为例，展现一下应用随形水路的产品对比传统水路在冷却时间、产品温度、产品变形等各方面的真实数据。</p>
<p><strong><span style="color: #808080;">产品名称：Housing</span></strong></p>
<p>项目问题与难点：框口尺寸太小，无法走水路；周期太长模具温差大；产品框口变形大且变形量不稳定；更换铍铜镶件后没有达到预期效果。</p>
<p>毅速工程师根据产品模具的难点结合3D打印技术研究得出以下对策：</p>
<p>框口镶件设计随形水路；EM191（毅速研制的3D打印专用金属粉末）不锈钢打印；壁厚做到1.0mm尽可能增大水路截面。</p>
<p>方案设计好后，便进行模流分析，将应用传统水路与随形水路对比，分析各项数据，得出优劣效果，证实方案的可行性与随形水路的优越性。</p>
<p style="text-align: center;"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_4-e1568291450686.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-16797" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_4-e1568291450686.jpg" alt="Yisu_4" width="650" height="509" /></a><span style="color: #999999;">图1：冷却水路3D模型图及产品实例图</span></p>
<p>左上为传统水路3D模型图，右上为随形水路3D模型图以及水路横截面剖视图。</p>
<p>从两张图的对比可以很明显的看到不同之处：传统水路仅覆盖在产品上下部分，中间无水路覆盖，而随形水路却覆盖产品上、中、下每个部分，使得水路到达模具型腔中的任意部分。这样不但加强冷却效果，缩短生产周期，提高生产效率；还能够使产品冷却均衡，避免造成产品缺陷：如产品变形等。</p>
<p>以下模流分析图、数据由：Autodesk Moldflow软件得出。</p>
<p><strong><span style="color: #808080;">模流结果对比：达到顶出温度的时间</span></strong></p>
<p style="text-align: center;"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_5-e1568291457297.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-16796" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_5-e1568291457297.jpg" alt="Yisu_5" width="650" height="224" /></a><span style="color: #999999;">图2：传统水路：13.07s                                                  图3： 随形水路：6.57s</span></p>
<p>如上图：据模流分析数据显示：应用传统水路达到模具顶出温度的时间需13.07s，而应用随形水路只需6.57s；结论：模具达到顶出温度的时间，应用随形水路比普通水路快49.7%（6.5s），模具达到顶出温度时间短，证明冷却速度快。因此：应用随形水路能够加快冷却速度，缩短生产周期。</p>
<p><strong><span style="color: #808080;">模流结果对比：零件温度</span></strong></p>
<p style="text-align: center;"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_6-e1568291463115.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-16795" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_6-e1568291463115.jpg" alt="Yisu_6" width="650" height="222" /></a><span style="color: #808080;">图4：传统水路：79.94℃                                                                图5：随形水路：34.72℃</span></p>
<p>如上图：据模流分析数据显示：应用传统水路塑胶零件温度达79.94℃，而应用随形水路温度仅为34.72℃；结论：模具塑胶零件温度方面，应用随形水路比传统水路降低56.5%（45.2℃），因此：应用随形水路能够使模具顶出时温度更低。</p>
<p><span style="color: #808080;"><strong>模流结果对比：模具温度</strong></span></p>
<p style="text-align: center;"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_7-e1568291468848.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-16794" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_7-e1568291468848.jpg" alt="Yisu_7" width="650" height="203" /></a><span style="color: #999999;">图6：传统水路：83.25℃                                                                       图7：随形水路：30.95℃</span></p>
<p>如上图：据模流分析数据显示：应用传统水路模具最高温度达83.25℃，而应用随形水路最高温度仅为30.95℃；结论：模具温度方面，应用随形水路比普通水路可下降62.8%（52.3℃），因此：应用随形水路能够使模具顶出时温度更低。</p>
<p><span style="color: #808080;"><strong>模流结果对比：变形</strong></span></p>
<p>Z（框口）变形 <a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu-12-e1568292112215.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-16802" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu-12-e1568292112215.jpg" alt="Yisu-12" width="650" height="277" /></a></p>
<p style="text-align: center;"><span style="color: #999999;">图8：传统水路：3.8mm</span></p>
<p style="text-align: center;"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_9-e1568291520533.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-16792" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_9-e1568291520533.jpg" alt="Yisu_9" width="650" height="289" /></a></p>
<p style="text-align: center;"><span style="color: #808080;">图9：随形水路：0.3mm</span></p>
<p>如上图：据模流分析数据显示：应用传统水路产品框口变形达：3.8mm，而应用随形水路框口变形仅：0.3mm。结论：模具框口变形，应用随形水路比传统水路框口形变最高改善93%（3.5）。因此：应用随形水路能够降低产品框口形变量从而减少产品缺陷，提高产品良率。</p>
<p style="text-align: center;"><a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_10-e1568291526183.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-16791" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_10-e1568291526183.jpg" alt="Yisu_10" width="650" height="301" /></a></p>
<p>如上图：据模流分析数据显示：应用传统水路的产品整体变形达：1.9mm，而应用随形水路整体变形仅：0.3mm。结论：模具总体形变方面，应用随形水路比传统水路形变量最高改善93%。因此：应用随形水路能够降低产品形变量从而减少产品缺陷，提高产品良率。</p>
<p><strong><span style="color: #808080;">模流分析对比结果—总结</span></strong> <a href="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_11-e1568291429374.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-16790" src="http://www.3dsciencevalley.com/content/uploads/2019/09/Yisu_11-e1568291429374.jpg" alt="Yisu_11" width="650" height="313" /></a></p>
<p style="text-align: center;"><span style="color: #999999;"> 图12：housing模流分析各项数据总结</span></p>
<p style="text-align: left;">整个案例从模具达到顶出温度的时间、塑胶零件温度、模具温度、产品形变量等方面分析应用随形水路与传统水路在这几个方面的数据，结果很明显，在冷却效率、产品良率等功能上随形水路数据均远超传统水路。</p>
<p style="text-align: left;">时代在发展，技术在革新，面对新环境给予我们的困局，传统模具制造业应该也必须跟上时代的潮流。3D打印技术制造的随形水路冷却系统，与使用铣床钻孔或车削方式制作的传统水路相比，随形水路能给制造商带来更优质的产品，更快的生产效率，更高的企业效益。而在这个讲究效率与质量的时代，二者缺一不可，看似矛盾，现在却实现统一，因此，3D打印随形水路或是模具制造企业突破困局的“关键先生”。</p>
<p style="text-align: left;">文章来源：上海毅速</p>
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