行業分享 l 3D列印模具冷卻水路設計中的幾點注意事項

傳統的模具內，冷卻水路是通過交叉鑽孔產生內部網路，並通過內置流體插頭來調整流速和方向。金屬3D列印技術在模具冷卻水路製造中的應用則突破了交叉鑽孔方式對冷卻水路設計的限制。現在，模具設計企業可以設計出更靠近模具冷卻表面的隨形水路，它們具有平滑的角落，更快的流量和更高的冷卻效率。

那麼，設計3D列印模具隨形冷卻水路的時候是否有一些技巧或注意事項呢？ 美國注塑模具製造企業Diamond Tool and Engineering 與其3D列印模具的合作夥伴針對這個問題分享了一些經驗。

為增材製造而設計

美國明尼蘇達州的Diamond Tool and Engineering公司專門為醫療行業製造緊密度容限和多腔的注塑模具。Diamond Tool and Engineering公司為其注塑模具製造了帶有隨形冷卻水路的模具鑲件。

Diamond Tool and Engineering 3D列印模具鑲件的設計和製造是在其合作夥伴3DPrintedParts公司的幫助下完成的。

3DPrintedParts公司表示，3D列印技術的價值要體現在為注塑模具所帶來的產品附加價值中。根據3D科學谷的市場研究，模具製造用戶可以通過金屬3D列印技術順利的構建具有隨形冷卻通道的模具型芯，使模具內的溫度變化更加均勻，從而在時間、成本和質量方面優化模具加工過程，有助於縮短加工周期、減少翹曲變形、加快注塑產品交貨期，以及提高產品設計的靈活性。

3DPrintedParts的設計團隊在進行3D列印模具鑲件設計時，對傳統的鑲件設計思維進行了突破，3DPrintedParts 總結了幾點3D列印模具鑲件設計的技巧和經驗：

除了設計隨形水冷水路之外，設計團隊還用在模具的部分區域中設計了晶格結構，取代原來的實心結構。晶格結構意味著能夠節省列印材料和列印時間，同時降低列印成本。

在使用金屬3D印表機製造懸垂結構時，往往需要在設計時為該結構添加支撐，而對於冷卻水路這種內腔結構，後續去除支撐的難度很大，如將支撐結構殘留在內腔結構中往往會影響冷卻介質的流動。如果能夠在設計時考慮到這些因素，並避免添加支撐，那麼將可以消除支撐結構對模具冷卻性能的影響。3DPrintedParts公司表示，他們在不添加支撐結構的情況下，可列印出與水平方向之間25度角的懸垂結構，這意味著他們能夠在無需後續機加工的情況下，製造出更優異的幾何結構。

注意高度與厚度比 - 一般來說，高度與壁厚比不超過15：1。

列印粉末的去除問題- 在金屬列印的過程中，冷卻通道內腔內會被沒有熔化的金屬粉末所填充，所以在設計時需提前考慮到這個問題，並考慮內腔結構中的粉末如何進行清除。

冷卻通道的形狀 - 圓形螺旋狀的水路看起來不錯或者是建模相對容易，但是這種設計的冷卻效果並不一定是最有效的，冷卻通道的輪廓將根據需要進行改變。

3DPrintedParts公司表示，由於3D列印模具冷卻水路與模具型芯的設計是共形的，這種設計使冷卻周期從35-40秒縮短到6.7秒，大幅提升了注塑模具的冷卻效率。

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