異型水路冷卻
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
異型水路冷卻的實例教程
圖七 左：(a)K512蠟制造的傳統(tǒng)水路、(b)ABS異型水路、(c)PLA異型水路、(d)蠟線異型水路
右：低壓射出成型的蠟制產(chǎn)品
本實驗以蠟射出成型技術來進行，使用低壓射出機將蠟射出至模具中。融膠溫度和冷卻液溫度分別設定為82 °C和27 °C。成型周期重復10次，以檢視實驗結(jié)果和確保準確性。
Moldex3D模擬與實驗結(jié)果呈現(xiàn)高度相符(圖八)。如模擬結(jié)果所示，相較于傳統(tǒng)水路，異型水路可改善69.61%的冷卻時間。
圖八 實驗和模擬結(jié)果比較：(a)傳統(tǒng)水路的冷卻時間、(b)異型水路的冷卻時間
結(jié)果
透過以上的研究得知，Moldex3D對于優(yōu)化異型水路是非常有用的工具。此研究結(jié)果可幫助明志科大團隊了解異型水路可同時有效改善冷卻時間、溫度差異和產(chǎn)品變形。實驗結(jié)果也驗證，異型水路確實比傳統(tǒng)水路更能提高冷卻效率。
展開 株式會社松井制作所案例
以下的案例將就傳統(tǒng)水路和異型水路設計的冷卻結(jié)果作比較。下圖為幾何復雜且厚度變化極大的產(chǎn)品模型。使用異型水路設計將可大幅降低冷卻時間逾33% (10秒)。傳統(tǒng)的冷卻水路無法貼近產(chǎn)品的幾何外形，冷卻效果受到局限，在幾何復雜的產(chǎn)品上尤為明顯。如今，日益月新的制程技術實現(xiàn)了異型水路設計，然而，冷卻系統(tǒng)的驗證和設計仍因產(chǎn)品的復雜度而備受考驗。
Moldex3D冷卻分析不僅提供所需的冷卻時間，更可進一步提供模內(nèi)的溫度變化。此外，冷卻行為如：流率、壓力損失、渦旋與死水區(qū)域，都可透過Moldex3D真實三維冷卻系統(tǒng)分析獲得預測結(jié)果。要達到異型水路和冷卻效率優(yōu)化不再是遙不可及。
Moldex3D 的異型水路解決方案有：
大幅提升冷卻效率。異型水路可以將整體的冷卻速率差異降低。
減少生產(chǎn)周期和成本
確保較佳產(chǎn)品質(zhì)量
本案例的產(chǎn)品規(guī)格如下：
長度：23 mm
寬度：15 mm
高度：51 mm
主要的厚度：約3 mm
我們將以這個案例進行傳統(tǒng)水路和異型水路的比較；傳統(tǒng)的冷卻水路設計在公模側(cè)是使用隔板式水路，然而，異型水路則可以依產(chǎn)品而行，滿足多變的設計。
異型水路設計距離模穴表面等距離，然而，由于受到幾何模型的限制，冷卻水路仍然無法深入許多地方。在這個案例中，冷卻水路的平均值直徑是4公厘，模穴與水管相距8.3公厘，水管間則是相距9公厘。，
以下為一些水路設計的模擬結(jié)果：
傳統(tǒng)的水路設計在冷卻結(jié)束時的塑件表面溫度如下所示，溫度從60.04-134.02℃。模穴壁的溫度分布相當?shù)颓乙恢?；然而，在公模?cè)，塑件的表面溫度會因區(qū)域而異。紅色圈選處為最高溫，很明顯地看出，并無水路經(jīng)過該處。
以下的圖顯示圈選處所需的冷卻時間。
展開 圖四(a)中的設計用異型水路代替了擋板；圖四(b)的設計則是在縫合線附近增加了一個冷卻水路。
圖四 異型水路設計
與原始設計相較，優(yōu)化設計冷卻后溫度較低，分布也較均勻(圖五)。 預估冷卻時間會由15秒縮短至13秒，共縮短13%。異型水路(圖六)同時也改善了產(chǎn)品的殘留應力，達到更好的光學效能。
圖五 采異型水路設計后的溫度分布
圖六 采用異型水路設計后的殘留應力
研究進一步使用偏光鏡進行實際成型實驗，以確定產(chǎn)品的光學特性，結(jié)果如圖七所示。光彈條紋僅出現(xiàn)在流道和澆口處，代表菲涅爾透鏡具有良好的光學質(zhì)量，也驗證了Moldex3D模擬結(jié)果的可行性。
圖七 以偏光鏡進行實際成型實驗，確定產(chǎn)品的光學特性
結(jié)果
東莞理工學院透過Moldex3D分析，優(yōu)化異型水路的冷卻設計，解決了積熱問題，將冷卻時間從15秒縮短到13秒。同時也改善了產(chǎn)品的殘留應力和折射率，獲得更佳的光學質(zhì)量。
展開 圖二 原始水路系統(tǒng)的溫度分布
圖三 原始水路系統(tǒng)的殘留應力
研究團隊采用3D打印的異型冷卻水路來優(yōu)化冷卻效果，共開發(fā)了兩種不同的異型水路，如圖四(a)、(b)。圖四(a)中的設計用異型水路代替了擋板；圖四(b)的設計則是在縫合線附近增加了一個冷卻水路。
圖四 異型水路設計
與原始設計相較，優(yōu)化設計冷卻后溫度較低，分布也較均勻(圖五)。 預估冷卻時間會由15秒縮短至13秒，共縮短13%。異型水路(圖六)同時也改善了產(chǎn)品的殘留應力，達到更好的光學效能。
圖五 采異型水路設計后的溫度分布
圖六 采用異型水路設計后的殘留應力
研究進一步使用偏光鏡進行實際成型實驗，以確定產(chǎn)品的光學特性，結(jié)果如圖七所示。光彈條紋僅出現(xiàn)在流道和澆口處，代表菲涅爾透鏡具有良好的光學質(zhì)量，也驗證了Moldex3D模擬結(jié)果的可行性。
圖七 以偏光鏡進行實際成型實驗，確定產(chǎn)品的光學特性
結(jié)果
東莞理工學院透過Moldex3D分析，優(yōu)化異型水路的冷卻設計，解決了積熱問題，將冷卻時間從15秒縮短到13秒。同時也改善了產(chǎn)品的殘留應力和折射率，獲得更佳的光學質(zhì)量。
展開 為了要提高產(chǎn)品良率，欲采用異型水路來提高冷卻效率。由于異型水路成本昂貴，因此在建造新的模具前，鑫銓借助Moldex3D仿真分析軟件來驗證異型水路的成效，以降低生產(chǎn)風險和成本。透過模擬結(jié)果，鑫銓發(fā)現(xiàn)新的異型水路系統(tǒng)能夠有效解決產(chǎn)品內(nèi)部的積熱問題，并且有效縮短冷卻時間，改善產(chǎn)品變形。
挑戰(zhàn)
產(chǎn)品內(nèi)部積熱導致嚴重翹曲
難以預測異型水路的成效
解決方案
使用Moldex3D eDesign充填、保壓、冷卻、翹曲及瞬時冷卻等模塊，分析異型水路效率，并成功解決產(chǎn)品變形、縮短冷卻時間并提高產(chǎn)能。
效益
改善翹曲
縮短33%的生產(chǎn)周期
提高1.5倍產(chǎn)能
案例研究
為了提高USB外殼的生產(chǎn)良率，鑫銓嘗試改用異型水路系統(tǒng)來改善產(chǎn)品內(nèi)部的積熱問題。在建模之前，透過Moldex3D輔助設計異型水路系統(tǒng)及預測其成效。
Moldex3D模擬結(jié)果指出，原本使用傳統(tǒng)水路時，內(nèi)部積熱問題會導致產(chǎn)品變形(圖一)。接下來再以Moldex3D模擬改用異型水路的情形，并發(fā)現(xiàn)確實可以縮短冷卻時間(圖二)。
圖一 使用原始的傳統(tǒng)水路系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)在公模面有積熱現(xiàn)象
圖二 使用異型水路系統(tǒng)后，公模面的溫度降低
原始設計的傳統(tǒng)水路系統(tǒng)中，在第12~15秒時，公模面的溫度仍在100℃；改用異型水路之后，在第5秒就可降至70℃，翹曲問題也大幅改善(圖三)。
圖三 異型水路改善了翹曲問題
經(jīng)由實際試模，發(fā)現(xiàn)異型水路能夠成功將冷卻時間由17~18秒縮減為7秒，生產(chǎn)周期減少為原始設計的1/3 (改百分比)。
圖四 異型水路模具
結(jié)果
Moldex3D成功協(xié)助鑫銓工業(yè)驗證異型水路系統(tǒng)的冷卻成效，讓產(chǎn)品開發(fā)人員后續(xù)進行建模時具備充分信心，掌握適當?shù)?em>冷卻時間，提高生產(chǎn)效率。
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異型水路冷卻的最新內(nèi)容
在射出成型領域中，冷卻系統(tǒng)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(chǎn)生變形，并可保持尺寸穩(wěn)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(tǒng)可以大幅縮減成型周期、提升產(chǎn)能。
然而對許多大型產(chǎn)品的模具而言，水路數(shù)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(jié)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(zhì)量的前提下，實現(xiàn)快速且均勻的冷卻。IPC團隊采用「仿真優(yōu)先」的工作流程，并結(jié)合基于主成分分析（PCA）的目標篩選、類神經(jīng)網(wǎng)絡
評估冷卻與加熱系統(tǒng)的控溫設計
? 檢視模溫瞬時變化響應，特別適用急冷急熱、感應加熱…等等多種冷熱切換的變模溫制程
? 提供簡易冷卻分析模塊，快速驗證模具冷卻系統(tǒng)設計
? 進 階熱澆道分析 模塊 可確認熱澆道設計效果，模擬熱澆道內(nèi)部復雜構造(包含加熱棒控制)
? 快速建立各種水路幾何(包含模外歧管)，并可根據(jù)產(chǎn)品自動構建異形水路
? 混合流場與溫度場進行3D 實體水路分析 ，解析異型水路冷卻效果
Ltd.設計異型冷卻水路作為解決方案。在利用Moldex3D模擬原始設計水路及異型水路的冷卻效率及產(chǎn)品翹曲差異后，決定將隔板式水路換成以DMLS技術制作的異型水路。經(jīng)實際開模使用，驗證了Moldex3D之分析結(jié)果與現(xiàn)場高度相符。
挑戰(zhàn)
? 縮短冷卻時間
? 減少間隙內(nèi)的翹曲及零件組裝的填隙公差
解決方案
打造全新異型水路設計以改進冷卻效率。
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(chǎn)品尺寸精度、改善表面凹痕…等。異型水路的定義是指模具內(nèi)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(chǎn)品中，此種水路設計將可以有效移除傳統(tǒng)水路無法深入或到達區(qū)域的積熱
大綱
本研究以熱像儀搭配壓力/流量計構成的監(jiān)測系統(tǒng)，對積層制造（3D打?。┲谱鞯蔫偧砻鏈囟燃爱愋退返牧髁啃苓M行實時監(jiān)控，并與相同條件下的Moldex3D模擬結(jié)果進行比對，結(jié)果顯示仿真與實際測試一致，能有效降低復雜產(chǎn)品的開發(fā)成本。
挑戰(zhàn)
? 評估在投入生產(chǎn)前設計不銹鋼異型水路取代鈹銅高導熱的效益
? 模擬結(jié)果須與真實匹配性高
? 測試系統(tǒng)做為3D打印異型水路模具的效能驗證工具
評估冷卻與加熱系統(tǒng)的控溫設計
? 檢視模溫瞬時變化響應，特別適用急冷急熱、感應加熱…等等多種冷熱切換的變模溫制程
? 提供簡易冷卻分析模塊，快速驗證模具冷卻系統(tǒng)設計
? 進 階熱澆道分析 模塊 可確認熱澆道設計效果，模擬熱澆道內(nèi)部復雜構造(包含加熱棒控制)
? 快速建立各種水路幾何(包含模外歧管)，并可根據(jù)產(chǎn)品自動構建異形水路
? 混合流場與溫度場進行3D 實體水路分析 ，解析異型水路冷卻效果
Moldex3D 解決方案
? 準確預估包含異型水路在內(nèi)各種冷卻系統(tǒng)的冷卻效率
? 3D 可視化冷卻水路內(nèi)部的物理性質(zhì)與變化
? 減少成型周期的時間及成本
? 預測塑件、流道、冷卻水路、嵌件等部件內(nèi)部的溫度分布
? 評估冷卻設計所提供的效率，并考慮冷卻回路、嵌件、模座與加熱棒等部件
? 最小化冷卻不平衡的問題，并為適合的冷卻周期時間提供建議
? 優(yōu)化模座冷卻系統(tǒng)的設計來提供冷卻效率與更低的冷卻時間
<ul><li><strong>SODICK</strong></li><li><strong>(轉(zhuǎn)載自繁體版ACMT電子技術月刊No.090)</strong></li></ul><p><br></p><p>在這個配電盒的案例中，3D打印技術使得在通常無法構建冷卻通道的模具區(qū)域內(nèi)創(chuàng)建高效的冷卻功能成為可能。這是通過包含螺旋冷卻通道和細孔結(jié)構實現(xiàn)的。</p><p><br></p><p><br></p
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(chǎn)品尺寸精度、改善表面凹痕…等。異型水路的定義是指模具內(nèi)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(chǎn)品中，此種水路設計將可以有效移除傳統(tǒng)水路無法深入或到達區(qū)域的積熱
