3D Systems軟硬件結(jié)合 隨形冷卻技術(shù)迎來黃金發(fā)展期

自注塑模發(fā)展之初，如何使模具在生產(chǎn)過程中保持恒溫就一直是擺在人們面前的一大難題。為保持恒溫環(huán)境，制造商們先后使用了隔水片、點(diǎn)膠口、熱流道等，甚至使用多板結(jié)構(gòu)來增加復(fù)雜的鉆孔。


在過去的十余年間，隨形冷卻--設(shè)計(jì)出與部件輪廓一致的冷卻通道一直被認(rèn)為是控制注塑恒溫環(huán)境的解決方案。然而隨形冷卻增加了模具制造的設(shè)計(jì)難度及制造復(fù)雜度，使得大部分工廠都對(duì)其望而卻步，但是3d打印技術(shù)的高速發(fā)展將為這種冷卻方式提供完美的解決方案。

美國(guó)Bastech公司在注塑制模過程中采用3DSystems公司端到端的解決方案進(jìn)行隨形冷卻，縮短了注塑時(shí)間，同時(shí)使模溫保持恒定;設(shè)計(jì)及生產(chǎn)時(shí)間的縮短產(chǎn)生了較大的效益。
絕對(duì)可靠的辦法
Bastech是一家位于俄亥俄州的公司，專為增材制造服務(wù)業(yè)及設(shè)備銷售業(yè)提供一站式解決方案。Bastech一直在努力尋找保持恒溫的辦法，并相信已經(jīng)找到了更簡(jiǎn)單、更高效、更經(jīng)濟(jì)的解決方案。Bastech公司是3D Systems公司的授權(quán)金牌合作伙伴，其研究工作得到了3DSystems公司的大力幫助，3D Systems為其提供了最新的3D打印技術(shù)和專業(yè)知識(shí)。

Bastech公司在這一方面的研究取得了突破性進(jìn)展，這一點(diǎn)在最近兩次測(cè)試的記錄中得到了體現(xiàn)�；�于3DSystems公司的Cimatron™模具制造軟件及其ProX®200金屬打印機(jī)。通過運(yùn)用3DSystems合作伙伴--Moldex3D的軟件進(jìn)行隨形冷卻仿真設(shè)計(jì)，并使用3DSystems公司的Geomagic®Control軟件對(duì)DMP金屬打印部件進(jìn)行檢驗(yàn)。

采用Cimatron™的模具設(shè)計(jì)制造出的復(fù)雜隨形冷卻水道減少了14%的注塑時(shí)間以及16%的總成本。

該制造工藝是一種端對(duì)端的制造解決方案，將虛擬的數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)的物質(zhì)世界完美地集成在一起，這些都是通過3D Systems公司的產(chǎn)品才得以實(shí)現(xiàn)。

“軟件強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能充分發(fā)揮了3D打印性能，打印出表面光滑、無需太多后續(xù)處理的高密度金屬部件，為制造定制冷卻道的模具提供了絕對(duì)可靠的解決方案�！盉astech公司首席執(zhí)行官Ben Staub如是說。

自動(dòng)化設(shè)計(jì)及分析
Bastech公司的第一次測(cè)試是對(duì)兩個(gè)體積、尺寸和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)極其相似的零件進(jìn)行比較。其中一個(gè)部件有3D打印的隨形冷卻道型芯，;而另一個(gè)部件則是標(biāo)準(zhǔn)的螺旋隔水片結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)方法制造而成。

隨形冷卻設(shè)計(jì)使用了Cimatron軟件。Cimatron是一款專業(yè)的CAD/CAM軟件，該軟件涵蓋了模具制造的整個(gè)周期--從報(bào)價(jià)到設(shè)計(jì)，工程變更，以及NC和EDM編程。Cimatron的最新版本包含了冷卻設(shè)計(jì)和分析功能，這兩種功能既支持傳統(tǒng)鉆孔冷卻水道，又支持3D打印技術(shù)制造出的隨形冷卻水道。

通過集成的Moldex3D，Cimatron公司的注塑模設(shè)計(jì)師可以對(duì)注塑過程進(jìn)行自動(dòng)化分析以優(yōu)化冷卻水道的布局。

Staub說，Cimatron和Moldex的完美集成締造出專業(yè)級(jí)軟件，可幫助經(jīng)驗(yàn)不太豐富的工程師創(chuàng)造出更好的設(shè)計(jì)。當(dāng)前對(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富的工匠出現(xiàn)了求大于供的情況，因此這一款軟件出現(xiàn)得太合時(shí)宜了。

Bastech公司的工程經(jīng)理斯Scott Young補(bǔ)充道，3D打印設(shè)計(jì)需要對(duì)結(jié)構(gòu)支撐設(shè)計(jì)有所了解，以創(chuàng)造出最符合客戶需求的設(shè)計(jì)方案，并降低材料成本，減少打印時(shí)間。這一專業(yè)知識(shí)已被構(gòu)建在Cimatron軟件中，我們的設(shè)計(jì)師不必再在CAD軟件包中不停瀏覽尋找復(fù)雜的內(nèi)部水道，只需專心考慮自己的設(shè)計(jì)方案就可以了。

大幅節(jié)省時(shí)間和縮短交付周期
錐形螺旋是Bastech公司的第一個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試對(duì)象，該錐形螺旋位于空間錐面內(nèi)部，主要用于工業(yè)裝配。通過旋轉(zhuǎn)淚滴狀結(jié)構(gòu)使螺旋的一端與其核心外表面平行，并與其保持恒定距離，從而制造出隨形冷卻水道。通過使橫截面沿著錐形螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)，Baste成公司可設(shè)計(jì)出這一復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)，而ProX DMP 200打印機(jī)可使該結(jié)構(gòu)一次成型。

對(duì)3D打印模具進(jìn)行設(shè)計(jì)花了兩天時(shí)間，將設(shè)計(jì)方案在ProX DMP 200打印機(jī)上打印出來花了三天時(shí)間。為最大限度地提高生產(chǎn)率，Bastech公司將模具的3D打印與Bastech公司其他工程所需部件進(jìn)行了充分的結(jié)合。

利用3D Systems公司的光固化成型技術(shù)并使用馬氏體時(shí)效鋼在ProX® DMP 200打印機(jī)上打印出的帶有隨形冷卻水道的模芯嵌件。

ProXDMP 200打印機(jī)是一種能夠替代傳統(tǒng)制造工藝的成本合理的選擇，它可以減少浪費(fèi)，加快制造速度，縮短準(zhǔn)備時(shí)間，可制造出致密金屬部件，而且能打印復(fù)雜的組件。

斯托布說，它是一種可以提高我們鑄造能力的工具。它賦予我們更高的周轉(zhuǎn)加工能力，并可以解決工廠中遇到的瓶頸難題。使用ProXDMP 200之后，直接省去了EDM和鉆孔工序，每個(gè)模具制造可節(jié)省30到40小時(shí)的時(shí)間，而且大大減少了CNC和拋光作業(yè)量。

逆流式螺旋芯采用Cimatron軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，利用ProX DMP200打印機(jī)進(jìn)行3D打印，可節(jié)省40多個(gè)小時(shí)的編程和加工時(shí)間。楊說，將所有的成本都算在內(nèi)，3D打印的螺旋芯比傳統(tǒng)方法制造的螺旋芯可凈節(jié)省$1，765 (18%)美元。

更重要的是，在運(yùn)行過程中隨形冷卻模具可保持更低的溫度，并可節(jié)省22%的循環(huán)時(shí)間。
斯托布說，在注塑制模中，循環(huán)時(shí)間處于最重要的地位，位居第二的是穩(wěn)定控制溫度的能力。
楊說，溫度控制得越穩(wěn)定，鑄造的部件質(zhì)量就越有保證。沒有了溫度變化引起的變形，縮短了循環(huán)時(shí)間縮短，使得模具的性能得到了巨大改善。

隨性冷卻的成本節(jié)約
在第二次基準(zhǔn)測(cè)試中，Bastech公司設(shè)計(jì)了一個(gè)由完整芯、腔和斜面構(gòu)成的模具組合，并進(jìn)行3D打印。在這次測(cè)試中，我們的目標(biāo)是使傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模具與隨形設(shè)計(jì)模具保持一樣的溫度，看一下它是如何影響冷卻效果和循環(huán)時(shí)間的。

結(jié)果顯示，在隨形冷卻設(shè)計(jì)過程中，大大減少了編程、加工及拋光時(shí)間，同時(shí)完全省去了EDM工序。Cimatron軟件使隨形冷卻模具的設(shè)計(jì)時(shí)間從30小時(shí)縮短到了短短的7個(gè)小時(shí)，3D打印模具可節(jié)省16%的成本，約為$2，505美元。

傳統(tǒng)模具的冷卻時(shí)間為10.5秒，而隨形模具的冷卻時(shí)間僅為7.5秒，循環(huán)時(shí)間縮短了14%。

楊說，即使在傳統(tǒng)冷卻設(shè)計(jì)與隨形冷卻模具設(shè)計(jì)溫度保持一致的情況下，隨形冷卻設(shè)計(jì)可使更多液體流經(jīng)更大面積的表面，因此可以更有效地對(duì)模具進(jìn)行冷卻。

重大的底線效應(yīng)
楊說，一直以來人們都在尋求更好的冷卻技術(shù)，現(xiàn)在我們有軟件可以幫助模具制造者更好地布局型腔、型芯和鑲件的位置，然后用直接金屬打印技術(shù)將設(shè)計(jì)圖打印出來.

斯托布說，傳統(tǒng)冷卻技術(shù)對(duì)注塑制模沒有什么更好的解決辦法。你只能在某幾個(gè)位置鉆孔，而不能像3D打印的隨形冷卻水道那樣，可到處鉆孔。在隨性冷卻設(shè)計(jì)中我們終于不再需要作出妥協(xié)了。

Bastech公司得到俄亥俄州和戴頓大學(xué)研究院資助購(gòu)買了ProX 200 DMP打印機(jī)，因此該公司的任務(wù)之一就是與工業(yè)界分享成果。斯托布希望Bastech公司的基準(zhǔn)測(cè)試可以向各種規(guī)模的工廠說明有絕對(duì)可靠的、端對(duì)端的解決方案可以實(shí)現(xiàn)隨形冷卻。

他說，很多工具制造商都將采用3D技術(shù)來改善自身的運(yùn)營(yíng)。我們?cè)敢庀蚱渌�工廠分享我們的成功，并讓他們知道3D技術(shù)不僅能為他們帶來成功，而且這種成功會(huì)對(duì)他們產(chǎn)生極大的影響。

來源：3D Systems
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虽然还没看懂，需要深入研究一下。不过感觉又是很牛逼的技术

不明觉厉