隨形冷卻流道
關注創建者：上海安世亞太 創建時間：2021-10-21
隨形冷卻流道的實例教程
為了生產小型“閃電麥昆車”，IPC決定采用能夠精確遵循汽車形狀的冷卻通道，并利用晶格結構進行減重，打印出性能比以往更好的金屬模具。
閃電麥昆車的金屬3D打印模具，圖片由IPC提供
目標：結合專業的設計和仿真技術加速生產流程
步驟（一）隨形冷卻流道
對于客戶Smoby ，IPC非常重視，在進行小車模具生產時，他們考慮到：如果玩具汽車使用直形冷卻通道，則靠近通道的部分冷卻速度更快，整個小車的冷卻就需要更長時間。此外，變形的風險也會更高。
因此，他們選擇與Materialise合作制作有3D打印隨形冷卻流道的模具，不僅能更快地冷卻，模具質量也更輕。
“對于IPC而言，使用金屬增材制造生產注塑成型模具的主要優勢是可以創建隨形冷卻通道。這使IPC能夠縮短生產周期并提高部件質量。”——Jean-Christophe Bornéat, IPC 項目經理
模具的隨形冷卻通道，圖片由IPC提供
步驟（二）采用晶格結構減重
為了進一步優化模具性能，IPC決定用輕量化結構替代汽車模具的某些實體部分。首先使用Altair軟件優化模具的拓撲結構，同時記下外表面上的壓力，確定可以用晶格結構填充以實現減重的部分。然后將這些結果導入到Materialise 3-matic軟件中，進行表面平滑處理，獲得可以打印的3D模型。
展開 用3D打印冷卻電子煙外殼
電子煙塑料外殼的材料基本都屬于高溫料。
PCTG：260-280℃
PPSU：370℃
PC：270-320℃
注塑成型過程中，90%左右的問題都是因為模具冷卻效果不及預期。高溫料就更容易出現溫度引起的注塑成型問題，所以在電子煙塑料外殼的注塑模具中，對冷卻水路的設計要求比一般產品更高。
電子煙塑料外殼屬于深腔型模具，而且型腔面截面積隨著深度的增加而減小。這種深腔型模具很難用傳統水路加工方式制造，一般只是做冷水井，但空間有限的模仁內冷水井孔徑很小，深度較淺，效果不是很明顯。
3D打印隨形冷卻流道的設計思路是將冷卻水道緊附于模具型腔表面，隨模具型腔形狀變化而改變。應用3D打印隨形冷卻流道，模具的冷卻效率得到提高、冷卻的均勻度也被相應改善。
3D打印隨形冷卻流道有以下三大優勢
1）周期縮短，成形速度更快
縮短成形周期可以使注塑件生產效率提高。在一個注塑成形周期中，開模、閉模、注塑以及保壓時間通常遠小于塑件的固化及冷卻時間，固化及冷卻時間占整個成形周期的50%~80%。3D打印隨形冷卻流道更貼近模具型腔表面，提高冷卻效率，縮短成形周期。
2）冷卻均勻，尺寸精度更高
模具溫度穩定，能減少塑件收縮率的波動，提高塑件成形精度。一般來說，結晶形塑料，模具溫度高有利于結晶過程的進行，結晶充分的塑件在存放或使用過程中不易發生尺寸的變化。較柔軟的塑料，成形過程中適合用低模具溫度。無論哪種材料，3D打印隨形冷卻流道模具溫度越恒定，其收縮越一致，越有利于提高成形注塑品的尺寸精度。
3）熱應力小，力學性能更強
不均勻的冷卻會在注塑件中產生內部殘余熱應力，對注塑件的力學性能產生不利的影響。3D打印隨形冷卻流道模具均勻冷卻可以降低塑件內應力，提高塑件的力學性能和使用壽命。
展開 自工業注塑制模發展之初，如何使模具表面保持恒溫就一直困擾著人們，在注塑成型中，成品的冷卻時間在注塑生產周期的占比高達70%，主要原因是：在傳統的模具制造中，溫度控制或冷卻水路只能在直線上鉆孔。關鍵熱點通常不在冷卻熱量傳播的范圍之內, 因此無法有效冷卻。
為了使溫度保持恒定，制造商們先后使用了隔板、散熱器、散熱管等；還嘗試將塊狀物層壓在一起，并在模具上加裝結構復雜的鉆孔裝置。如何快速低成本地完成制造又成了一大難題。
美國麻省理工學院Sachs教授于1997年首次提出“注塑模具隨形冷卻技術”概念，設計出與部件輪廓一致的冷卻通道被認為是控制注塑制模溫度的最佳解決方案。然而隨形冷卻增加了模具制造的設計難度及制造復雜度，使得大部分傳統制造商都對其望而卻步。
3D打印技術作為智能制造的代表制造技術，近年來在我國制造業中得到了廣泛運用，使用直接金屬激光燒結 (DMLS) 技術，可以在生產過程中將優化的隨形冷卻水路集成到模具當中。確保散熱更快、更均勻，可以降低模具中的熱應力并延長模具使用壽命。塑料產品質量和零部件的尺寸精度也得到了提高，同時減少了翹曲變形。
此外，3D打印技術在成形復雜結構方面的優勢，擺脫了傳統機加工的成形限制，讓復雜結構的隨形冷卻流道（隨形水道），從設計變成現實。該工藝還可大幅縮短注塑模具的生產周期。
利用激光燒結來進行電子化制造在許多不同的工業已經成為可行的方案。需要強調的重點是，該技術不僅在快速成型環境里可行，而且在多品種的復雜產品的一系列生產中也是可行的。
例如，知名模具服務LBC公司使用全球工業3D打印領導者EOS(2021 TCT亞洲展展位號：G14) 創新激光技術進行模具制造，并對部分或整個工藝鏈進行調整以適應客戶的運營流程。
展開 PEP方法通過無模具化的制備，節省了模具開發的制造和時間成本；拓展了高難度、高復雜性零件的加工能力，例如實現純銅隨形冷卻流道的設計制造，復雜結構碳化硅陶瓷的大尺寸、輕量化、一體化制備等；提供了較直接3D打印技術成形更優的精度，打印設備、材料性價比更高，更有利用3D打印應用的推廣及普及。
▽PEP 3D打印成功應用得益于以下優勢組合
3、以用戶需求及行業應用為導向
他山之石可以攻玉，傳統粉末冶金和新型PEP 3D打印并不是替代關系，而是迭代關系、優勢互補，是智造發展的未來之路，是粉末冶金和數字技術融合發展之路、共生共贏之路。
目前應用于航空、航天、船舶、核電等現代工業的關鍵零構架件正朝著復雜化、一體化、輕量化、高性能化方向發展，PEP 3D技術也已證實可滿足成形要求，成為高科技領域關鍵材料和核心部件制備鏈條中的一環，而且正以新優勢更好地為粉末冶金“賦能“。
“賦能”并不是一個概念。升華三維團隊目前已經在該技術基礎上積累和沉淀了近10年，現在正在考慮“下一步進階”，以用戶需求及行業應用為導向，為“構建3D打印的智造世界”做出更多探索和實踐。整個未來，升華三維都將穩步前行，以數字化技術為粉末冶金高效賦能，為粉末冶金打開更為廣闊的天地作出貢獻
展開 3 仿真結果及分析
3.1 液冷板溫度分布對比
對冷卻液質量流量Qin = 0.25 kg/s，入口溫度θin =20 ℃工況進行仿真計算，得到液冷板溫度分布，如圖5所示。由于模型1 的回流橫向流道窄（流道右端與液冷板右側內壁之間的通道），冷卻液流速大, 在慣性力的作用下，冷卻液向外側流道流動的現象，回流側冷卻液分布不均勻，各流道散熱能力差異較大導致最內側流道溫度遠高于其他流道。與模型1 相比，模型2 的回流橫向流道呈V 型，在匯流處流道寬度較大，冷卻液流速較低，慣性力作用較弱。此外，冷卻液從內向外依次提前回流，可以減緩冷卻液向外側流道流動的現象。冷卻液流速分布均勻使得內側流道具有較好散熱效果，避免了液冷板回流內側溫度過高，液冷板溫度均勻性更好。
3.2 電池組溫度分布對比
在冷卻液質量流量0.25 kg/s，入口溫度20 ℃工況下進行仿真計算，得到液冷板溫度分布，如圖6 所示。電池組溫度分布呈現上部溫度高、下部溫度低、電池模組間的溫度分布較為均勻的現象。模型1 電池模組的高溫區域明顯多于模型2 電池模組的高溫區域，而且模型2 電池組的最高溫度和最大溫差均低于模型1，模型2 電池組溫度分布更均勻。但由于電池組產熱率較大并且在電池模組高度方向上傳熱路徑太長，模型1 和模型2 均存在電池模組上部散熱不佳的問題，導致電池模組在高度方向上溫度差異較大。
3.3 冷卻液質量流量對冷卻液壓降的影響
保持冷卻液入口溫度為20 ℃，調節冷卻液質量流量Qin 分別設為0.25、0.30、0.35、0.40、0.45 kg/s 進行仿真模擬，液冷板壓降Δp 隨冷卻液質量流量Qin 的變化情況如圖7 所示。
展開 
隨形冷卻流道的相關專題、標簽、搜索
隨形冷卻流道的最新內容
摘 要：
為了改善某商用車動力電池組的散熱能力，降低電池組冷卻系統的能耗，提出了一種并聯非等長直流道的液冷板結構。以方形鋰離子電池組為研究對象，建立液冷式鋰離子電池組冷卻系統的仿真模型，對液冷板結構進行優化。結果表明：該液冷板在滿足電池組散熱能力的同時能夠較好地控制液冷板壓降；結構優化后的液冷板流動阻力最大降低
PEP方法通過無模具化的制備，節省了模具開發的制造和時間成本；拓展了高難度、高復雜性零件的加工能力，例如實現純銅隨形冷卻流道的設計制造，復雜結構碳化硅陶瓷的大尺寸、輕量化、一體化制備等；提供了較直接3D打印技術成形更優的精度，打印設備、材料性價比更高，更有利用3D打印應用的推廣及普及。
3D打印隨形冷卻流道的設計思路是將冷卻水道緊附于模具型腔表面，隨模具型腔形狀變化而改變。應用3D打印隨形冷卻流道，模具的冷卻效率得到提高、冷卻的均勻度也被相應改善。
3D打印隨形冷卻流道有以下三大優勢
1）周期縮短，成形速度更快
縮短成形周期可以使注塑件生產效率提高。
此外，3D打印技術在成形復雜結構方面的優勢，擺脫了傳統機加工的成形限制，讓復雜結構的隨形冷卻流道（隨形水道），從設計變成現實。該工藝還可大幅縮短注塑模具的生產周期。
利用激光燒結來進行電子化制造在許多不同的工業已經成為可行的方案。需要強調的重點是，該技術不僅在快速成型環境里可行，而且在多品種的復雜產品的一系列生產中也是可行的。
因此，他們選擇與Materialise合作制作有3D打印隨形冷卻流道的模具，不僅能更快地冷卻，模具質量也更輕。
“對于IPC而言，使用金屬增材制造生產注塑成型模具的主要優勢是可以創建隨形冷卻通道。這使IPC能夠縮短生產周期并提高部件質量。”
