軟件定義隨形冷卻技術

寂靜天花板

隨形冷卻技術迎來黃金發展期自注塑模發展之初，如何使模具在生產過程中保持恒溫就一直是擺在人們面前的一大難題。為保持恒溫環境，制造商們先后使用了隔水片、點膠口、熱流道等，甚至使用多板結構來增加復雜的鉆孔。在過去的十余年間，隨形冷卻--設計出與部件輪廓一致的冷卻通道一直被認為是控制注塑恒溫環境的解決方案。然而隨形冷卻增加了模具制造的設計難度及制造復雜度，使得大部分工廠都對其望而卻步。“絕對可靠的辦法”Bastech是一家位于俄亥俄州的公司，專為增材制造服務業及設備銷售業提供一站式解決方案。Bastech一直在努力尋找保持恒溫的辦法，并相信已經找到了更簡單、更高效、更經濟的解決方案。Bastech公司是3D Systems公司的授權金牌合作伙伴，其研究工作得到了3DSystems公司的大力幫助，3D Systems為其提供了最新的3d打印技術和專業知識。
Bastech公司在這一方面的研究取得了突破性進展，這一點在最近兩次測試的記錄中得到了體現。基于3DSystems公司的Cimatron™模具制造軟件及其ProX®200金屬打印機。通過運用3DSystems合作伙伴--Moldex3D的軟件進行隨形冷卻仿真設計，并使用3DSystems公司的Geomagic®Control軟件對DMP金屬打印部件進行檢驗。
采用Cimatron™的模具設計制造出的復雜隨形冷卻水道減少了14%的注塑時間以及16%的總成本。 該制造工藝是一種端對端的制造解決方案，將虛擬的數字世界和現實的物質世界完美地集成在一起，這些都是通過3D Systems公司的產品才得以實現。
) D) R8 a0 j  V6 g! D# x1 w8 |“軟件強大的設計功能充分發揮了3D打印性能，打印出表面光滑、無需太多后續處理的高密度金屬部件，為制造定制冷卻道的模具提供了絕對可靠的解決方案。”Bastech公司首席執行官Ben Staub如是說。
自動化設計及分析
Bastech公司的第一次測試是對兩個體積、尺寸和設計結構極其相似的零件進行比較。其中一個部件有3D打印的隨形冷卻道型芯，;而另一個部件則是標準的螺旋隔水片結構，采用傳統方法制造而成。

通過集成的Moldex3D，Cimatron公司的注塑模設計師可以對注塑過程進行自動化分析以優化冷卻水道的布局。Staub說，Cimatron和Moldex的完美集成締造出專業級軟件，可幫助經驗不太豐富的工程師創造出更好的設計。當前對經驗豐富的工匠出現了求大于供的情況，因此這一款軟件出現得太合時宜了。Bastech公司的工程經理斯Scott Young補充道，3D打印設計需要對結構支撐設計有所了解，以創造出最符合客戶需求的設計方案，并降低材料成本，減少打印時間。這一專業知識已被構建在Cimatron軟件中，我們的設計師不必再在CAD軟件包中不停瀏覽尋找復雜的內部水道，只需專心考慮自己的設計方案就可以了。

5 w! t# X1 e9 O- r' c錐形螺旋是Bastech公司的第一個基準測試對象，該錐形螺旋位于空間錐面內部，主要用于工業裝配。通過旋轉淚滴狀結構使螺旋的一端與其核心外表面平行，并與其保持恒定距離，從而制造出隨形冷卻水道。通過使橫截面沿著錐形螺旋轉動，Baste成公司可設計出這一復雜幾何結構，而ProX DMP 200打印機可使該結構一次成型。
對3D打印模具進行設計花了兩天時間，將設計方案在ProX DMP 200打印機上打印出來花了三天時間。為最大限度地提高生產率，Bastech公司將模具的3D打印與Bastech公司其他工程所需部件進行了充分的結合。
3D Systems軟硬件結合 隨形冷卻技術迎來黃金發展期利用3D Systems公司的光固化成型技術并使用馬氏體時效鋼在ProX® DMP 200打印機上打印出的帶有隨形冷卻水道的模芯嵌件。ProXDMP 200打印機是一種能夠替代傳統制造工藝的成本合理的選擇，它可以減少浪費，加快制造速度，縮短準備時間，可制造出致密金屬部件，而且能打印復雜的組件。斯托布說，它是一種可以提高我們鑄造能力的工具。它賦予我們更高的周轉加工能力，并可以解決工廠中遇到的瓶頸難題。使用ProXDMP 200之后，直接省去了EDM和鉆孔工序，每個模具制造可節省30到40小時的時間，而且大大減少了CNC和拋光作業量。
逆流式螺旋芯采用Cimatron軟件進行設計和分析，利用ProX DMP200打印機進行3D打印，可節省40多個小時的編程和加工時間。楊說，將所有的成本都算在內，3D打印的螺旋芯比傳統方法制造的螺旋芯可凈節省$1，765 (18%)美元。
更重要的是，在運行過程中隨形冷卻模具可保持更低的溫度，并可節省22%的循環時間。斯托布說，在注塑制模中，循環時間處于最重要的地位，位居第二的是穩定控制溫度的能力。楊說，溫度控制得越穩定，鑄造的部件質量就越有保證。沒有了溫度變化引起的變形，縮短了循環時間縮短，使得模具的性能得到了巨大改善。
* g3 S4 b# k0 P" v4 S在第二次基準測試中，Bastech公司設計了一個由完整芯、腔和斜面構成的模具組合，并進行3D打印。在這次測試中，我們的目標是使傳統設計模具與隨形設計模具保持一樣的溫度，看一下它是如何影響冷卻效果和循環時間的。
7 F8 _* V7 I: d) W; B! M% y. Y% N結果顯示，在隨形冷卻設計過程中，大大減少了編程、加工及拋光時間，同時完全省去了EDM工序。Cimatron軟件使隨形冷卻模具的設計時間從30小時縮短到了短短的7個小時，3D打印模具可節省16%的成本，約為$2，505美元。傳統模具的冷卻時間為10.5秒，而隨形模具的冷卻時間僅為7.5秒，循環時間縮短了14%。楊說，即使在傳統冷卻設計與隨形冷卻模具設計溫度保持一致的情況下，隨形冷卻設計可使更多液體流經更大面積的表面，因此可以更有效地對模具進行冷卻。
楊說，一直以來人們都在尋求更好的冷卻技術，現在我們有軟件可以幫助模具制造者更好地布局型腔、型芯和鑲件的位置，然后用直接金屬打印技術將設計圖打印出來.斯托布說，傳統冷卻技術對注塑制模沒有什么更好的解決辦法。你只能在某幾個位置鉆孔，而不能像3D打印的隨形冷卻水道那樣，可到處鉆孔。在隨性冷卻設計中我們終于不再需要作出妥協了。