金属3D打印为注塑成型提供共形冷却

使用塑料注射成型（PIM）时，控制热量很重要。

大多数注塑模具都是由冷却通道制成的，这些冷却通道是由一块钢块钻出或铣削而成的。冷水流过这些通道以冷却并从塑料中吸走热量。传统上，这些路径是通过钻直孔进行的。然而，由于通道只能遵循直线视线路径，所以在形成复杂的形状时，该方法的有效性受到限制。

共形冷却的实践克服了这个限制。采用保形冷却，通道可以设计成均匀地跟随零件的形状，因此，它们“符合”任何形状以实现效率和更快的循环时间。

在Star Rapid，我们一直在进行研究，以探索金属3D打印如何用于共形冷却。决定评估3D打印对冷却效率的方法，并将该方法应用于现有的PIM客户项目-Marco Beverage Systems的热水器。

Marco Beverage Systems设计和制造各种咖啡机、热水锅炉、过滤器和咖啡研磨机。该公司使用透明且高品质的储水杯来为咖啡制造系统提供热水。这是使用塑料注塑成型制造的部件，并且之前使用传统的直线式冷却通道制造。

以下概述了采用保形冷却方法注塑塑料工具的步骤，以试图简化生产流程，同时实现高质量的终部件。

制作插件

使用金属3D打印技术大批量创建共形冷却通道需要比传统方法更长的时间，但由于缩短了周期时间并提高了产品质量，因此可以补偿成本，从而降低大批量生产成本。共形冷却通道设计为紧贴零件轮廓，同时保持靠近工具内壁以提高效率。

插件由马氏体时效钢打印并垂直定向在Reinshaw DMLM AM250粉末床金属打印机的打印台上。垂直打印避免了额外的支撑，并防止了孔的塌陷。

打印后，零件仍具有粗糙的表面纹理，这是在使用3D打印方法逐层构建零件时所产生的。插件后来CNC加工并抛光以获得高光泽度。尽管新插入件所需的冷却液总量与使用直线通道的原始插件之间大致相同，但新3D打印插件的通道更紧密地跟随工具的锥度，并具有更大的暴露表面积。

创建

Star Rapid的工程师和LBC工程公司的工程师为共形冷却创建了两种不同的CAD设计。LBC是Renishaw的子公司，专门为复杂的3D打印应用提供先进的设计解决方案。Star Rapid的设计提高了冷却效率，但通道的位置并没有为模具中的其他支撑结构留下足够的空间。

插入件安装在板的B侧，下方（右侧）。这是每个循环打开和关闭的印版。A面（左侧）保持芯部，在每个成型周期中保持固定。

抛光外表面的工具非常重要。这在透明部件上形成了光滑的表面，并且在成型后帮助部件轻松地从工具上滑落。

结果

使用新的注塑模具，进行了一系列测试，将结果与基准研究进行比较。3D打印的和插入物比传统模具工具表现得更好。不仅共形冷却能够极大地提高产品质量，而且使冷却时间缩短了38秒，即60％。这消除了额外的手动空气冷却的需要。

周期时间的缩短可以为较长的生产运行节省大量成本，并且可以大大弥补开发这种工具所带来的相对较大的费用。我们与Renishaw和LBC Engineering密切合作，创造了一个解决方案，大大缩短了周期时间，同时提高了质量。随着研发努力的扩大，我们将继续完善这一过程以适应未来的应用。