隨形冷卻水路設計
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
隨形冷卻水路設計的視頻教程
熱電冷卻器（TEC）選型設計及其Icepak和Flotherm建模仿真方法
介紹半導體制冷片的工作原理、在電子產品熱設計中的應用方法，以及使用Ansys Icepak和Simens Flotherm對其進行仿真模擬的方法。 Ansys Icepak中TEC的建模仿真資料非常稀少，本視頻不僅詳細描述TEC的建模方法，還詳述了仿真思想。對于理解TEC的根本工作原理，和使用非Ansys Icepak軟件建模仿真也有啟發。
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隨形冷卻水路設計的實例教程
通過降低模具的生產準備時間，能夠使模具制造周期跟上產品設計周期的步伐，使企業能夠承受得起模具更加頻繁的更換與改善周期。
3D打印模具應用的核心是隨形水路的設計和應用，相比傳統的直通型水路，模具的隨形水路設計可以實現任意形狀的冷卻通道，極大降低冷卻時間，縮短開模周期，生產效率平均可以提高35%以上。并且，隨形水路的設計可以使整個模腔內溫度梯度分布更加均勻，因此效率提升的同時，模具產品翹曲、變形、飛邊等問題都可以避免，產品良品率也可以大大提高。
• 傳統水路：傳統的模具冷卻通道通過二次加工實現，交叉鉆孔插管，然后內置流體插頭來調整流速和方向，模具冷卻效率低，有時還需要把模具進行切分再組合，來預留水路；
• 3D打印隨形水路：水路設計師需要根據熱源部位、冷卻效果、流阻和打印風險等多種因素的制約進行設計，通過CAD軟件建模。根據模型難易程度不同，工程師完成水路設計方案往往需要幾個小時甚至更長的設計時間。并且，隨著3D打印模具應用越來越廣泛，隨形水路設計師的需求以及現有設計師設計產能的瓶頸對行業發展的制約越發凸顯；
安世亞太DfAM增材賦能業務部，在模具增材制造領域資深的專家和工程師的配合下，通過對增材模具設計工作流程的詳細調研和分解，結合創成式設計算法的優勢，經過長時間的技術研究和攻堅，開發完成了隨形水路自動設計算法。
創成云隨形水路，可以在僅輸入基礎條件下，一鍵自動生成隨形水路，極大程度提高了水路設計的效率，將模具和相關企業設計以及產能推向新的高度。
展開 為什么使用異型水路?
異型水路是一種特殊的冷卻水路設計。冷卻水路的配置可以做到幾何變化非常彈性與復雜。對于射出成型的主要的幫助是可以縮短成型周期時間(可達20 ~ 60%)、提升產品尺寸精度、改善表面凹痕…等。異型水路的定義是指模具內用來進行冷卻或加熱的水路是隨著模具的成品表面保持一定距離，以利有效的控制與管理模具的溫度條件。在幾何復雜的產品中，此種水路設計將可以有效移除傳統水路無法深入或到達區域的積熱。因此，提供更好的冷卻效率、縮短周期時間而降低生產成本，幫助提升產品質量等優點，是我們采用異型水路的主要原因。
挑戰
? 如何減少塑件射出成型中常見的問題，包含凹痕、翹曲、周期時間過長等
? 優化冷卻水路系統的設計以達到模溫差與翹曲變形量最小化的需求
? 改善冷卻效率 (幫助用戶達成產品的質量要求)
Moldex3D 解決方案
? 預測要達到期望的成型周期時間所需要的冷卻液流率為何
? 預測冷卻水路設計中可能發生的壓力損耗問題
? 避免冷卻水路設計中有渦流/死水的區域
? 透過真實三維的網格技術來模擬隔板與噴泉水路的設計
展開 在射出成型領域中，冷卻系統至關重要。塑件必須冷卻固化至特定溫度，脫模頂出時才能具備足夠的剛性，以避免塑件因外力產生變形，并可保持尺寸穩定性。此外，冷卻時間占整個成型周期70%-80%的時間，因此良好的冷卻系統可以大幅縮減成型周期、提升產能。
然而對許多大型產品的模具而言，水路數量多且復雜，這導致在分析之前，須耗費大量時間整理模具中各群水路的進出途徑。Moldex3D Studio的冷卻水路回路精靈提供可整理、編輯水路線條的便利工具，能有效、快速整理復雜的水路路線，加速前處理進程；并以線條代替3D實體水路，減少網格生成的失敗率，提升仿真分析速度。
冷卻水路回路精靈能自動生成最長的適當水路曲線，并標示進出口。在擁有實體3D水路以及水路進出口位置的前提下，該功能可協助用戶快速建立水路回路曲線。本文將示范使用工具頁的中心線、連接信道曲線，再透過冷卻水路回路精靈完成水路回路及進出水口設定*。
*注：本文所介紹的功能僅供演示目的，冷卻水路回路精靈支持更多樣的建立水路曲線功能。
操作流程
步驟1：萃取水路的中心線條
匯入幾何后，在建立水路前，先使用工具欄的中心線來萃取模型中的3D實體水路幾何面，擷取所需的水路幾何線條。點選中心線并進入建構中心線的接口后，框選要萃取中心線的實體水路曲面群，也可以一次框選多個實體水路曲面群，框選好之后點選確認，即完成中心線萃取（右下方圖中的黃色中心線條）。
步驟2：整理連接不完整的水路線條
由工具欄點選連接信道曲線，并框選之前產生的中心線條，點選打勾完成，就會發現之前未連接的線條已自動連接。
步驟3：用冷卻水路回路精靈完成水路回路及進出水口設定
在模型頁面點選回路精靈中的冷卻水路回路精靈，框選連接好的水路線條，再一次點選抓取完成選取。
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 CAE模流分析101招 -第 43 招、模具水路設計對產品翹曲變形的影響【水路設計篇】
■ Moldex3D/ 林秀春 協理
【內容說明】
在射出成型模具中，冷卻系統的設計甚為重要。因為唯有將成型塑件冷卻固化至具備相當剛性，脫模后才可避免塑件因脫模外力產生變形。由于冷卻時間占整個成型周期約70-80%，因此設計良好之冷卻系統可以大幅縮短成型時間，提高產率，縮短成本。
若冷卻設計不當，如水路管徑太小、水路數量太少、距離塑件太遠等，冷卻系統將會使成型時間拉長，增加成本；而冷卻不均勻更會進一步造成塑件的翹曲變形。
案例成果分析
此案例完成分析結果確認水路設計，并開始執行完成3D 金屬打印模仁后，正式進行射出成型實務驗證。本次使用3D 金屬打印設備OPM250，打印尺寸240*240*150mm 的母模仁。并且透過紅外線熱顯像儀器驗證異型水路設計，可有效將模具內溫度帶走。透過2.5D 投影量測方式，量測尺寸的翹曲變形，確認相關尺寸都得到改善，改善幅度從25%~50%，而實際生產的冷卻時間也改善幅度達25% 以上，由分析與現場成果驗證可得知，異型水路能夠有效縮短成型周期和改善翹曲變形問題。
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在射出成型領域中，冷卻系統至關重要。塑件必須冷卻固化至特定溫度，脫模頂出時才能具備足夠的剛性，以避免塑件因外力產生變形，并可保持尺寸穩定性。此外，冷卻時間占整個成型周期70%-80%的時間，因此良好的冷卻系統可以大幅縮減成型周期、提升產能。
然而對許多大型產品的模具而言，水路數量多且復雜，這導致在分析之前，須耗費大量時間整理模具中各群水路的進出途徑。Moldex3D Studio的冷卻水路回路精靈提供可整理
從反復試誤到結構化搜尋
葡萄牙米尼奧大學（University of Minho）的聚合物與復合材料研究所（Institute of Polymers and Composites，IPC），運用仿真與人工智能（AI），解決射出成型中最棘手的其中一項瓶頸：在不犧牲質量的前提下，實現快速且均勻的冷卻。IPC團隊采用「仿真優先」的工作流程，并結合基于主成分分析（PCA）的目標篩選、類神經網絡
冷卻系統設計影響熔膠固化過程及塑料產品翹曲變形，并且冷卻時間占總周期時間70%-80%。因此，一個良好的冷卻系統，可以大幅縮短塑件成型時間，幫助增加生產效率及成品質量。更進一步來說，良好冷卻系統提供了均勻冷卻環境，能夠讓幫助塑件均勻收縮，減少翹曲溫度，并能確保熔膠能夠順利充滿模穴之中。
冷卻系統圖解
透過冷卻系統機制，塑件熱量持續地被冷卻液及空氣帶走，直到塑件溫度低于頂出溫度，就能讓塑件頂出
培訓案例：
新能源汽車電池/儲能熱管理結構設計進階到高階-十大專題50個技術點掌握熱結構建模核心能力
STARCCM+動力/儲能液冷策略/MAP快充/soc熱源實時更新仿真方法
為什么使用異型水路?
異型水路是一種特殊的冷卻水路設計。冷卻水路的配置可以做到幾何變化非常彈性與復雜。對于射出成型的主要的幫助是可以縮短成型周期時間(可達20 ~ 60%)、提升產品尺寸精度、改善表面凹痕…等。異型水路的定義是指模具內用來進行冷卻或加熱的水路是隨著模具的成品表面保持一定距離，以利有效的控制與管理模具的溫度條件。在幾何復雜的產品中，此種水路設計將可以有效移除傳統水路無法深入或到達區域的積熱
大綱
本研究以熱像儀搭配壓力/流量計構成的監測系統，對積層制造（3D打印）制作的鑲件之表面溫度及異型水路的流量效能進行實時監控，并與相同條件下的Moldex3D模擬結果進行比對，結果顯示仿真與實際測試一致，能有效降低復雜產品的開發成本。
挑戰
? 評估在投入生產前設計不銹鋼異型水路取代鈹銅高導熱的效益
? 模擬結果須與真實匹配性高
? 測試系統做為3D打印異型水路模具的效能驗證工具
為什么使用異型水路?
異型水路是一種特殊的冷卻水路設計。冷卻水路的配置可以做到幾何變化非常彈性與復雜。對于射出成型的主要的幫助是可以縮短成型周期時間(可達20 ~ 60%)、提升產品尺寸精度、改善表面凹痕…等。異型水路的定義是指模具內用來進行冷卻或加熱的水路是隨著模具的成品表面保持一定距離，以利有效的控制與管理模具的溫度條件。在幾何復雜的產品中，此種水路設計將可以有效移除傳統水路無法深入或到達區域的積熱
紅外加熱爐是一種利用紅外輻射技術進行加熱的熱處理設備。它通過將電能轉化為紅外輻射能量，直接將熱能傳遞給物體，達到加熱的目的。紅外加熱爐的工作原理是基于物體對紅外輻射的吸收。紅外輻射能量可以被各種物體直接吸收并轉化為熱能，而無需通過傳導或對流來傳遞熱量。當物體暴露在紅外輻射源附近時，紅外輻射能量被物體吸收，使物體內部溫度升高。
本案例設計建立了一紅外加熱爐，并對模型進行了一定的簡化處理，基于COMSOL
為了達到較佳的冷卻效率，一般希望冷卻水路中的冷媒形成紊流，而雷諾數(Reynolds number) 的大小為形成紊流的依據(以圓形水路為例，雷諾數到達4000以上則形成完整的紊流)。因此，雷諾數可做為判斷冷卻效率的重要依據。Moldex3D 支持顯示雷諾數在水路中的分布狀況，提供使用者一個判斷冷卻效率的指標。
步驟1：在新項目中匯入一個水路的3D實體網格模型，并輸入分析所需材料、
