注塑冷却时间缩短50％！ESU毅速3D打印技术 在医疗模具中的应用

近些年来，3D打印技术发展十分活跃，小易也关注到各行业正在积极寻求新的方式突破传统行业给企业发展带来的桎梏，例如：医疗、汽车、家电等，但作为工业之母，模具领域对这一技术的响应却是最积极的。增材制造技术是指基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。在传统制模方式下难以解决产品更新迭代留下的难题，而3D打印技术却能很好的解决这一痛点。

疫情之后，小易注意到了坐落于上海金山的一家科技公司以肩负开启制造新时代为使命从而悄然崛起。毅速激光创始人及技术骨干都是从事模具行业出身，对于传统模具制造的困境深有体会，因此随着增材制造技术的出现及发展，他们坚信开启模具制造的新时代的机遇要来临了。于是2007年上海毅速激光科技有限公司正式成立了，2014年开始进入模具3D打印领域，其核心团队是较早一批将3D打印技术应用在注塑模具上的工程技术人员，现今已成功打印数千个应用案例，拥有丰富的行业经验，已申请了16项专利技术，其中5项发明专利。

传统制模方式痛点，如何解决？

与传统制造不同，增材制造技术可根据零件三维模型快速制造复杂的几何形状零件，无需切削加工，是一种“自下而上”逐层递增的制造方法。这种自下而上的加工方法脱离了传统制造的束缚，且设计自由度大，可以实现批量与个性化定制，能够满足复杂模具的设计和制备需求。

注塑产品的成型速度与产品良率的关键点在于模具水路系统。传统制模中，冷却水路一般通过CNC加工方式，冷却水路只能通过铣床钻孔的方式加工产生内部水路网络，并通过内置止水栓和外置堵头的方式来调整水路流向。这样就导致水路布置有很大的局限性，水路只能为圆柱形直孔，无法百转环绕于模具内腔之中。当遇见形状复杂的模具产品时，传统水路无法完全贴近注塑件表面，例如：最容易产生产品缺陷的瓶盖顶部区域无法设计水路，这样一来冷却效率低且冷却不均匀，导致注塑周期长、产品变形量大。我们以以ESU某客户产品为例：

图1：医用旋钮3D模型图示意图

如图1所示：产品为医用旋钮，一般用于医疗注塑瓶口或其它部位零件。得到客户需求：缩短冷却周期，均衡模温，提高产品质量。

客户痛点：

1、尺寸细小：长宽仅约1~2CM。

2、结构特殊：中间存在较厚的深筋条，且产品左右侧有深孔位。

3、壁厚差异明显。

因此：产品结构及外形尺寸决定了传统制模中水路设计存在很大的困难。在这之前客户的水路方案如下：

图2：传统水路3D模型图

我们看到：传统制模方式水路无法靠近产品，只能通过镶件的方式，在模具上下部位设计水路，通过传导效应将模具进行散热冷却。因此方案缺陷有三：

1、模具镶件中间部位无水路，温度高，底部具备水路温度低，导致温差极大，易导致我们所说的模温不均衡。

2、水路离胶位处太远，冷却效率低下，生产周期漫长。

3、壁厚严重不均，厚壁处水路应适当加密或靠近水路，而传统制模方式无法达到要求，导致冷却速度不均匀，产品内应力增加。

因此，针对水路设计问题，传统制模方式无法解决。所以客户要求通过采用3D打印技术解决难题。3D打印通过“自上而下”，逐层递增的制造方法，脱离传统制造的束缚。经过对产品结构的分析，我们得到水路方案设计如下：

图3：3D打印随形水路方案

由图可以很清晰的看到，新方案中同样通过镶件的方式设计水路，但不同的是产品深筋条两边及深孔胶位处都延伸出水路且扩大了镶件中水路的覆盖面积，从而提高冷却速度，使得整个模具镶件模温均匀，在打印材料的选择上我们采用了毅速自主研发的ESU-EM191模具3D打印专用金属粉末保证打印件强度。

至于实际效果，可以通过模流分析结果进行对比得出结论。

达到顶出温度时间：

普通方案：59.87s 随形水路方案：29.34s

图:4：毅速ESU医用旋钮普通水路与随形水路达到顶出温度时间对比图

产品温度

普通方案：温差：20.9℃ 随形水路方案：温差：2.4℃

图:5：毅速ESU医用旋钮普通水路与随形水路模具温差对比图

从以上表格的统计数据显示：通过采用3D打印技术制作的模具使产品达到顶出温度的时间，也就是冷却周期缩短了近50.9%，模具最低高温度与最低温度的差降低了近89%，可谓效果显著。

践行！或是另一个转机？

随形水路冷却系统所带来的优势有目共睹，但在实际应用推广中我们还是遇见很多困难。例如：客户对新技术的不信任：如3D打印技术是否成熟？3D打印成本是否太高？打印材料是否能够很好的与增材制造相契合等等。

毅速激光目前也在着力解决这些问题，在材料开发上，联合上海复旦大学高分子材料研究院共同将粉末体系逐渐完善：ESU-EM181、EUS-EM191、ESU-EM201等自主研发的模具3D打印专用金属粉末相继面向市场，力争将“3D打印昂贵”这一认知消除。

在最后，小易觉得，传统制造在技术革新中往往落后其他行业，但随着互联网的影响逐步加深，各类信息也越来越清晰，作为模具行业的一份子，我们要善于将新的技术信息带到行业中，让更多的人相信并且愿意去应用这一技术，从而为我们传统行业带来生机与繁荣，小易正是秉承着这一愿望正在努力的践行，3D打印在模具中的应用效果，显而易见，那么作为企业管理者是否愿意去应用，实施就看你们了。

（三的易速）