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3D打印模具應(yīng)用的核心是隨形水路的設(shè)計和應(yīng)用，相比傳統(tǒng)的直通型水路，模具的隨形水路設(shè)計可以實現(xiàn)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(chǎn)效率平均可以提高35%以上。并且，隨形水路的設(shè)計可以使整個模腔內(nèi)溫度梯度分布更加均勻，因此效率提升的同時，模具產(chǎn)品翹曲、變形、飛邊等問題都可以避免，產(chǎn)品良品率也可以大大提高。

▲智能連桿曲線設(shè)計動圖來源：安世亞太模具隨形水路智能化自動設(shè)計：隨形水路是增材制造模具獨有的冷卻結(jié)構(gòu)，它可以顯著提升模具成型零件的質(zhì)量。隨形水路形狀不規(guī)則，每種零件的模具的隨形水路形狀都不同，用傳統(tǒng)CAD繪圖方法設(shè)計隨形水路非常費力耗時。安世亞太智能化隨形水路自動設(shè)計算法則免去了手工繪圖，設(shè)計效率可提升20~100倍。

，預(yù)測準確度成功獲實驗驗證??多材質(zhì)產(chǎn)品翹曲，需考慮前一射嵌件影響??產(chǎn)業(yè)長期困擾的耳流仿真新黏度模型有解了??導(dǎo)入新發(fā)泡預(yù)測模型，氣泡收縮行為將無所遁形??如何用最少時間找出最佳產(chǎn)品幾何設(shè)計??如何用CAE工具設(shè)定熱塑性射出成型制程??進階模內(nèi)裝飾模擬技術(shù)縮短開發(fā)周期??模流分析應(yīng)用注塑壓縮成型提高車燈透鏡質(zhì)量案例...

圖一 水路系統(tǒng)冷卻液流至模溫機內(nèi)部后，先通過熱交換器 (heat exchanger)，根據(jù)用戶設(shè)定模溫溫度，熱交換器對冷卻液進行加熱或冷卻，最后再透過幫浦(pump) 將冷卻液推出模溫機外。我們知道流動必然是從高壓流向低壓，在整個流動路徑上，冷卻液從幫浦(pump) 流出位置擁有最大流體壓力，流體壓力隨著流動路徑逐漸遞減，回流至幫浦(pump)變成最小值。

圖1：水路系統(tǒng)冷卻液流至模溫機內(nèi)部后，先通過熱交換器(heat exchanger)，根據(jù)使用者設(shè)定模溫溫度，熱交換器對冷卻液進行加熱或冷卻，最后再透過幫浦(pump)將冷卻液推出模溫機外。我們知道流動必然是從高壓流向低壓，在整個流動路徑上，冷卻液從幫浦(pump)流出位置擁有最大流體壓力，流體壓力隨著流動路徑逐漸遞減，回流至幫浦(pump)變成最小值。

應(yīng)用方法：傳統(tǒng)冷卻水路設(shè)計受限于加工方式，常常無法考慮幾何本身的需求，而使冷卻受熱不均，造成翹曲 變形以及過長的冷卻時間，使得生產(chǎn)成本增加，目前利用 3D 金屬列印的加工方式，可以列印復(fù)雜的模具以及 隨形水路，讓冷卻水管可貼近成品表面，讓溫度的熱傳快速，則可縮小溫度范圍，降低冷卻時間，并且提高品 質(zhì)同時可大大降低生產(chǎn)成本，好的設(shè)計讓冷卻快速，溫度分布均勻生產(chǎn)周期越短。

但異型水路制作成本較高，需要搭配精確的模擬分析以提高應(yīng)用普及度。本研究建立一測試系統(tǒng)，監(jiān)控模具溫度場及流場，并根據(jù)實際熱傳效能來輔助模型建立與參數(shù)設(shè)定，提高異型水路的設(shè)計效能。

異型水路精靈又進一步強化建構(gòu)異型水路的支持性，讓使用者僅需要繪制2D水路路徑，精靈將會快速投影在產(chǎn)品面形上產(chǎn)生異型水路，優(yōu)化后的水路能提高冷卻水路的散熱效益、改善產(chǎn)品質(zhì)量與縮短冷卻時間。

異型水路設(shè)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(shè)計的模擬結(jié)果：傳統(tǒng)的水路設(shè)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(dāng)?shù)颓乙恢拢蝗欢诠?em>模側(cè)，塑件的表面溫度會因區(qū)域而異。

同時，熱沖壓成形過程中不同溫度下鋼板的成形極限、流動應(yīng)力本構(gòu)模型、鋼板與模具間摩擦系數(shù)差別很大。因此，熱沖壓成形后性能、尺寸除與熱成形鋼板有關(guān)外，還與熱沖壓生產(chǎn)線、模具、熱沖壓工藝等因素相關(guān)。

，優(yōu)化后的水路能提高冷卻水路的散熱效益、改善產(chǎn)品質(zhì)量與縮短冷卻時間。

并且透過紅外線熱顯像儀器驗證異型水路設(shè)計，可有效將模具內(nèi)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(guān)尺寸都得到改善，改善幅度從25%~50%，而實際生產(chǎn)的冷卻時間也改善幅度達25% 以上，由分析與現(xiàn)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。

在模具熱邊界設(shè)定頁簽中可以設(shè)定熔膠與模穴壁面的熱交換作用。將模穴熱傳部分選取由熱傳系數(shù)并手動調(diào)整參數(shù)。減少流動參數(shù) (依數(shù)值：3000 W/m^2K) 代表著小塑件的快速充填條件，接著點選確認即可。 設(shè)定冷卻成型條件 接著換到冷卻設(shè)定頁簽并點選冷卻水路/加熱棒進行冷卻系統(tǒng)的設(shè)定。

在模具熱邊界設(shè)定頁簽中可以設(shè)定熔膠與模穴壁面的熱交換作用。將模穴熱傳部分選取由熱傳系數(shù)并手動調(diào)整參數(shù)。減少流動參數(shù) (依數(shù)值：3000 W/m^2K) 代表著小塑件的快速充填條件，接著點選確認即可。設(shè)定冷卻成型條件接著換到冷卻設(shè)定頁簽并點選冷卻水路/加熱棒進行冷卻系統(tǒng)的設(shè)定。

數(shù)學(xué)模型與假設(shè) (Mathematical Models and Assumptions) 在現(xiàn)實中，模溫呈現(xiàn)穩(wěn)態(tài)周期性變化，冷卻分析模塊可以周期平均方式仿真穩(wěn)態(tài)溫度，也可以瞬時方式模擬模溫每一個時間變化。 典型模溫變化周期 周期平均溫度近似法 當(dāng)模具內(nèi)冷卻液溫度等相關(guān)組件，以固定方式穩(wěn)定提供模溫，就可以用周期平均方式，計算出合理穩(wěn)態(tài)模溫。

與傳統(tǒng)水路和無水路系統(tǒng)相較，最佳異型水路分別可縮短70.03%與90.26%的冷卻時間(圖三)，此外還可將溫度差異縮到最小，使杯子底部的內(nèi)外側(cè)溫度皆可均勻分布(圖四)。此外其模腔壁的上部和下部的溫度差異，與無水路系統(tǒng)相比，也減少了99.5%(圖五)。

功能? 預(yù)測塑件、模具嵌件、冷卻水路、加熱棒…等各種組件構(gòu)成的溫度分布，評估冷卻與加熱系統(tǒng)的控溫設(shè)計? 檢視模溫瞬時變化響應(yīng)，特別適用急冷急熱、感應(yīng)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(shè)計? 進 階熱澆道分析 模塊 可確認熱澆道設(shè)計效果，模擬熱澆道內(nèi)部復(fù)雜構(gòu)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(gòu)建異形水路

? 模溫控制模溫控制是透過冷卻液與模具之間熱量交換，藉由冷卻液流動強制使模具與冷卻液溫度相同，這熱傳現(xiàn)象可用以下數(shù)學(xué)式表示：其中hf 為熱對流系數(shù)，Tw 為冷卻液與模座交界面溫度，Tc 為冷卻液溫度，Nu 為紐賽爾數(shù) (Nusselt number) ，do 為濕周長 (Wetted perimeter)，k 為熱傳導(dǎo)系數(shù)。

在本研究中，原始的冷卻水路設(shè)計(圖一)會導(dǎo)致冷卻后溫度分布不均，造成更大的翹曲及更高的熱殘留應(yīng)力，且會拉長冷卻時間。圖一 原始水路設(shè)計原始冷卻系統(tǒng)的溫度和殘留應(yīng)力分布如圖二和圖三所示。可以發(fā)現(xiàn)，熱量聚集在球體中心，因此溫度和殘留應(yīng)力變化很大，被視為光學(xué)組件的缺陷。

在本研究中，原始的冷卻水路設(shè)計(圖一)會導(dǎo)致冷卻后溫度分布不均，造成更大的翹曲及更高的熱殘留應(yīng)力，且會拉長冷卻時間。圖一 原始水路設(shè)計原始冷卻系統(tǒng)的溫度和殘留應(yīng)力分布如圖二和圖三所示。可以發(fā)現(xiàn)，熱量聚集在球體中心，因此溫度和殘留應(yīng)力變化很大，被視為光學(xué)組件的缺陷。