金屬3D打印隨形水路設計應用

科技進步帶動各式產(chǎn)品蓬勃發(fā)展，產(chǎn)品的開發(fā)周期相對縮短，為在有限的時間內提高量產(chǎn)值并同時兼顧產(chǎn)品的質量，藉由改善模具的散熱效率以減少成型周期中的冷卻階段即成為模具成型制程中的重要步驟。傳統(tǒng)制作的工法受到既有技術的限制，方式是將模具加以鉆孔或切割焊合，施工十分復雜，模具壽命也可能會因為再次加工而縮短。 在金屬3D打印出現(xiàn)后，這些問題獲得了突破性改善！利用金屬雷射燒結技術(SLM)，可彌補  CNC  工具機及放電加工機之不足之處，不單是提升模具產(chǎn)能，更能降低材料耗損，縮短制程時間。

應用案例：工業(yè)模具

隨形水路因幾何形狀復雜度遠高于傳統(tǒng)水路，因此加工較困難。傳統(tǒng)設計制作的冷卻水路都是以鉆孔方式完成，其直線圓管狀造型另須避開結構或組裝原件，因此水路設計極其受限,熱點地區(qū)往往沒有冷卻劑的達到。但若采用金屬雷射燒結技術(SLM)時，就沒有加工上的限制。除了更能貼近產(chǎn)品輪廓，且針對死角或不易排熱之區(qū)域，提供良好的散熱效率，使冷卻周期得以降低外，因為模溫差降低，一些缺陷如翹曲與凹痕能夠有效避免，因此產(chǎn)品質量能更加提升。

應用案例：模仁 Core
冷卻水路依風扇葉片的形式來設計，將冷卻效益達到最高，從模座的剖面溫度可看到，在產(chǎn)品的凹槽區(qū)域會有積熱現(xiàn)象，這是由于此區(qū)域水路較難以伸入冷卻。從水管的溫度分布，可看出在水管的進出口溫度差，約為 1℃。但由于水路環(huán)繞銅套，故幫助了銅套的散熱，而銅套再帶走 partinsert的熱量，故有助于軸心區(qū)域的溫度下降。從水路設計的溫度圖可看到，在軸心區(qū)域的高溫降至143 ℃。   

材料特性
比熱(Heat Capacity)
欲將單位塑料溫度提高一度所需的熱量，是塑料溫度容易改變與否的度量。比熱越高，塑料溫度越不容易變化，反之亦然。

熱傳導系數(shù)(Thermal Conduction)
塑料熱傳導(thermal conduction)特性的度量。熱傳導系數(shù)越高，熱傳導效果越佳，塑料于加工過程中溫度傾向均勻，較不會因熱量局部堆積而有熱點(hot spot)產(chǎn)生。熱傳導系數(shù)及比熱攸關塑料之熱傳、冷卻性質，亦影響到冷卻時間長短。

黏度(viscosity)
流體流動阻力的度量。黏度越高，流動阻力越大，流動越困難。對一般熱塑性塑料，黏度是塑料成分、溫度、壓力及剪切率的函數(shù)。就溫度效應而言，熱塑性塑料的黏度一般隨溫度升高而有降低的情形。就剪切率(shear rate)的效應而言，剪切率越高，代表加工變形速率越大，由于高分子鏈被排向的結果，使大部份的塑料具有黏度隨剪切率升高而下降的切變致稀性(shear-thinning)。


PvT關系(PvT Relationship)
塑料的比容或密度是相狀態(tài)、溫度、壓力等的函數(shù)，一般而言可利用狀態(tài)方程式(state equation)或pvT方程式加以定量化。一但模式參數(shù)由實驗取得，代入此類半經(jīng)驗方程式中即可求得塑料在某一溫度壓力下的比容或密度值。

模型原型輸出，有一定的市場潛力價值，相較于傳統(tǒng)開模曠日費時的缺點，3D 打印技術可為需求單位帶來許多的便利性。德芮達科技內部 3D 打印設備齊全，擁有技術經(jīng)驗豐富的工程設計團隊，提供印制復雜特征與精密零件的客制解決方案！從掃描、特殊零件設計/重制、打樣、評估確認，最后進行生產(chǎn)輸出，減少設計上的限制，開發(fā)時間得以縮短，使研發(fā)單位更容易開發(fā)出具市場優(yōu)勢的產(chǎn)品。

比較
從sensor21可看到，在相同冷卻時間下，第四次水路設計在該點的溫度掉到 130 ℃，比第三次水路設計低了10℃。

第四次水路設計，由于水路環(huán)繞銅套，故幫助了銅套的散熱，而銅套再帶走partinsert的熱量，故有助于軸心區(qū)域的溫度下降。從第四次水路設計的溫度圖可看到，在軸心區(qū)域的高溫降至143 ℃，比第三次水路設計低了7度。

此外，傳統(tǒng)制程針對復雜特征制作時，容易產(chǎn)生熱變形而影響制程良率的缺點。綜觀優(yōu)勢，3D 打印設計原型輸出，可打破所有設計上的限制，德芮達科技使用金屬 3D打印技術更容易打造零件內部復雜結構，可省去鑄件與焊接步驟，并能減少重量與復雜度，有效提升制造質量。