應(yīng)用隨形冷卻流道和晶格結(jié)構(gòu)優(yōu)化《賽車(chē)總動(dòng)員》玩具汽車(chē)模具

誰(shuí)沒(méi)有看過(guò)電影《賽車(chē)總動(dòng)員》？家里有孩子的人應(yīng)該都會(huì)對(duì)電影中的角色略知一二，甚至在你家里就有一個(gè)類似的汽車(chē)玩具。 Smoby是法國(guó)最大的玩具制造商，它通過(guò)提供 “閃電麥昆車(chē)”的周邊特色玩具，讓孩子們的夢(mèng)想成真。

Smoby把它的一些玩具交由IPC生產(chǎn)，IPC是一家研究中心，在3D打印技術(shù)方面具有豐富的專業(yè)知識(shí)。為了生產(chǎn)小型“閃電麥昆車(chē)”，IPC決定采用能夠精確遵循汽車(chē)形狀的冷卻通道，并利用晶格結(jié)構(gòu)進(jìn)行減重，打印出性能比以往更好的金屬模具。

閃電麥昆車(chē)的金屬3D打印模具，圖片由IPC提供

目標(biāo)：結(jié)合專業(yè)的設(shè)計(jì)和仿真技術(shù)加速生產(chǎn)流程

步驟（一）隨形冷卻流道
對(duì)于客戶Smoby ，IPC非常重視，在進(jìn)行小車(chē)模具生產(chǎn)時(shí)，他們考慮到：如果玩具汽車(chē)使用直形冷卻通道，則靠近通道的部分冷卻速度更快，整個(gè)小車(chē)的冷卻就需要更長(zhǎng)時(shí)間。此外，變形的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)更高。

因此，他們選擇與Materialise合作制作有3D打印隨形冷卻流道的模具，不僅能更快地冷卻，模具質(zhì)量也更輕。

“對(duì)于IPC而言，使用金屬增材制造生產(chǎn)注塑成型模具的主要優(yōu)勢(shì)是可以創(chuàng)建隨形冷卻通道。這使IPC能夠縮短生產(chǎn)周期并提高部件質(zhì)量�！薄�—Jean-Christophe Bornéat, IPC 項(xiàng)目經(jīng)理

模具的隨形冷卻通道，圖片由IPC提供

步驟（二）采用晶格結(jié)構(gòu)減重
為了進(jìn)一步優(yōu)化模具性能，IPC決定用輕量化結(jié)構(gòu)替代汽車(chē)模具的某些實(shí)體部分。首先使用Altair軟件優(yōu)化模具的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)記下外表面上的壓力，確定可以用晶格結(jié)構(gòu)填充以實(shí)現(xiàn)減重的部分。然后將這些結(jié)果導(dǎo)入到Materialise 3-matic軟件中，進(jìn)行表面平滑處理，獲得可以打印的3D模型。

隨后，我們的設(shè)計(jì)和工程團(tuán)隊(duì)使用Materialise 3-matic軟件設(shè)計(jì)出輕量化單元，并對(duì)表面進(jìn)行網(wǎng)格重畫(huà)使3D模型可用于FEA處理。然后，IPC運(yùn)用他們專業(yè)的仿真知識(shí)對(duì)3D模型的熱量和強(qiáng)度進(jìn)行了模擬仿真，根據(jù)這些信息，我們的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了晶格的打印參數(shù)。

模具的兩個(gè)部分，已在Materialise 3-matic中

完成了拓?fù)鋬?yōu)化后的處理

步驟（三）使用Build Processor軟件基于切片的技術(shù)
那么既然現(xiàn)在輕量化單元的厚度合適、熱量分布平衡，模具就可以打印了嗎？

還不能。 這個(gè)具有輕量化結(jié)構(gòu)的模具會(huì)導(dǎo)致文件變得很大，將其進(jìn)行精確地切片需要花費(fèi)數(shù)小時(shí)。使用Build Processor軟件基于切片的技術(shù)，可以不經(jīng)歷STL階段，直接在切片時(shí)處理輕量化結(jié)構(gòu)。有關(guān)結(jié)構(gòu)和紋理的信息將另存為元數(shù)據(jù)。這種帶有元數(shù)據(jù)的文件比原STL文件小1,000到10,000倍。如果沒(méi)有這種技術(shù)，玩具車(chē)模具不可能完成如此精確的切片。

Materialise 3-matic軟件界面

所展示的晶格結(jié)構(gòu)和冷卻流道

結(jié)果：縮短50%的生產(chǎn)周期
玩具汽車(chē)是IPC和Materialise合作的結(jié)果，結(jié)合了IPC在FEA的專業(yè)知識(shí)與Materialise在后拓?fù)鋬?yōu)化和晶格設(shè)計(jì)方面的專業(yè)知識(shí)。采用晶格結(jié)構(gòu)能使模具的上面部分的材料減少12％，下面部分的材料減少24％。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的模具使玩具的生產(chǎn)周期縮短了50％。此外，晶格結(jié)構(gòu)還提高了掃描速度，更輕的重量也使生產(chǎn)更大尺寸的模具成為可能。

“Materialise 3-matic軟件幫助我們用優(yōu)化的晶格結(jié)構(gòu)替換了實(shí)體部分。這種替換減少了模具的整體體積，降低了零件上的殘余應(yīng)力，從而縮短了打印時(shí)間，節(jié)省了成本。這種優(yōu)化使IPC能夠制造更大的模具，并獲得更高的投資回報(bào)。”IPC的項(xiàng)目經(jīng)理Jean-Christophe Bornéat說(shuō)道。

基于這些生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，IPC的模具創(chuàng)造出了這些精美的汽車(chē)玩具。您可以在任何一個(gè)Smoby商店欣賞到這些玩具汽車(chē)！

來(lái)源：Materialise