3D Systems軟硬件結合隨形冷卻技術 迎來黃金發展期
美國3D Systems
美國Bastech公司在射出製模過程中採用3D Systems 公司端到端的解決方案進行隨形冷卻，縮短了射出時 間，同時使模溫保持恆定;設計及生產時間的縮短產生 了較大的效益。
自射出模發展之初，如何使模具在生產過程中保持恆溫 就一直是擺在人們面前的一大難題。為保持恆溫環境， 製造商們先後使用了隔水片、點膠口、熱流道等，甚至 使用多板結構來增加複雜的鑽孔。在過去的十餘年間， 隨形冷卻–設計出與部件輪廓一致的冷卻通道一直被認 為是控制射出恆溫環境的解決方案。然而隨形冷卻增加 了模具製造的設計難度及製造複雜度，使得大部分工廠 都對其望而卻步。
絕對可靠的辦法
Bastech是一家位於俄亥俄州的公司，專為增材製造服 務業及設備銷售業提供一站式解決方案。 Bastech一 直在努力尋找保持恆溫的辦法，並相信已經找到了更
簡單、更高效、更經濟的解決方案。 Bastech公司是 3D Systems公司的授權金牌合作夥伴，其研究工作得 到了3D Systems 公司的大力幫助，3D Systems 為其 提供了最新的3D打印技術和專業知識。
Bastech公司在這一方面的研究取得了突破性進展， 這一點在最近兩次測試的記錄中得到了體現。基於 3D Systems 公司的 Cimatron ™模具製造軟件及其 ProX® 200 金屬打印機。通过运用 3D Systems 合作
夥伴–Moldex3D的軟件進行隨形冷卻仿真設計，並 使用3D Systems公司的Geomagic® Control軟件對 DMP金屬打印部件進行檢驗。採用Cimatron™的模 具設計製造出的複雜隨形冷卻水道減少了14%的射出 時間以及16%的總成本。該製造工藝是一種端對端的 製造解決方案，將虛擬的數字世界和現實的物質世界 完美地集成在一起，這些都是通過3D Systems公司 的產品才得以實現。
“軟件強大的設計功能充分發揮了3D打印性能，打 印出表面光滑、無需太多後續處理的高密度金屬部 件，為製造定製冷卻道的模具提供了絕對可靠的解決 方案。” Bastech公司首席執行官Ben Staub如是說。
自動化設計及分析
Bastech公司的第一次測試是對兩個體積、尺寸和設 計結構極其相似的零件進行比較。其中一個部件有 3D打印的隨形冷卻道型芯，而另一個部件則是標準 的螺旋隔水片結構，採用傳統方法製造而成。隨形冷 卻設計使用了Cimatron軟件。
Cimatron 是一款專業的 CAD/CAM 軟件，該軟件涵 蓋了模具製造的整個週期–從報價到設計，工程變 更，以及NC和EDM編程。 Cimatron的最新版本包含了冷卻設計和分析功能，這兩種功能既支持傳統鑽 孔冷卻水道，又支持3D打印技術製造出的隨形冷卻 水道。
通過集成的Moldex3D，Cimatron公司的射出模設計 師可以對射出過程進行自動化分析以優化冷卻水道的 佈局。 Staub 說，Cimatron 和 Moldex3D 的完美集 成締造出專業級軟件，可幫助經驗不太豐富的工程師 創造出更好的設計。當前對經驗豐富的工匠出現了求 大於供的情況，因此這一款軟件出現得太合時宜了。 Bastech 公司的工程經理斯 Scott Young 補充道，3D 打印設計需要對結構支撐設計有所了解，以創造出最 符合客戶需求的設計方案，並降低材料成本，減少打 印時間。這一專業知識已被構建在Cimatron軟件中， 我們的設計師不必再在CAD軟件包中不停瀏覽尋找 複雜的內部水道，只需專心考慮自己的設計方案就可以了。
大幅節省時間和縮短交付週期
錐形螺旋是Bastech公司的第一個基準測試對象，該 錐形螺旋位於空間錐面內部，主要用於工業裝配。 通過旋轉淚滴狀結構使螺旋的一端與其核心外表面 平行，並與其保持恆定距離，從而製造出隨形冷卻水 道。通過使橫截面沿著錐形螺旋轉動，Baste成公司
可設計出這一複雜幾何結構，而ProX DMP 200打印 機可使該結構一次成型。對3D打印模具進行設計花 了兩天時間，將設計方案在ProX DMP 200打印機上 打印出來花了三天時間。為最大限度地提高生產率， Bastech 公司將模具的 3D 打印與 Bastech 公司其他 工程所需部件進行了充分的結合。利用3D Systems 公司的光固化成型技術並使用馬氏體時效鋼在ProX® DMP 200打印機上打印出的帶有隨形冷卻水道的模 芯嵌件。
ProX DMP 200打印機是一種能夠替代傳統製造工藝 的成本合理的選擇，它可以減少浪費，加快製造速度， 縮短準備時間，可製造出緻密金屬部件，而且能打印 複雜的組件。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加工能力，並可 以解決工廠中遇到的瓶頸難題。使用ProX DMP 200 之後，直接省去了EDM和鑽孔工序，每個模具製造 可節省30到40小時的時間，而且大大減少了CNC 和拋光作業量。
逆流式螺旋芯採用Cimatron軟件進行設計和分析， 利用ProX DMP 200打印機進行3D打印，可節省40多個小時的編程和加工時間。楊說，將所有的成本都 算在內，3D打印的螺旋芯比傳統方法製造的螺旋芯 可淨節省$1,765 (18%)美元。更重要的是，在運行過 程中隨形冷卻模具可保持更低的溫度，並可節省22% 的循環時間。
斯托布說，在射出製模中，循環時間處於最重要的地 位，位居第二的是穩定控制溫度的能力。 楊說，溫度控制得越穩定，鑄造的部件質量就越有保 證。沒有了溫度變化引起的變形，縮短了循環時間縮 短，使得模具的性能得到了巨大改善。
隨形冷卻的成本節約
在第二次基準測試中，Bastech公司設計了一個由完 整芯、腔和斜面構成的模具組合，並進行3D打印。 在這次測試中，
我們的目標是使傳統設計模具與隨形 設計模具保持一樣的溫度，看一下它是如何影響冷卻 效果和循環時間的。
結果顯示，在隨形冷卻設計過程 中，大大減少了編程、加工及拋光時間，同時完全省 去了EDM工序。 Cimatron軟件使隨形冷卻模具的設計時間從30小時縮短到了短短的7個小時，
3D打印 模具可節省16%的成本，約為$2,505美元。傳統模具的冷卻時間為10.5秒，而隨形模具的冷卻時間僅為 7.5秒，循環時間縮短了14%。
重大的底線效應
楊說，即使在傳統冷卻設計與隨形冷卻模具設計溫度 保持一致的情況下，隨形冷卻設計可使更多液體流經 更大面積的表面，因此可以更有效地對模具進行冷 卻。楊說，一直以來人們都在尋求更好的冷卻技術，
現在我們有軟件可以幫助模具製造者更好地佈局型 腔、型芯和鑲件的位置，然後用直接金屬打印技術將 設計圖打印出來。
斯托布說，傳統冷卻技術對射出製模沒有什麼更好的 解決辦法。你只能在某幾個位置鑽孔，而不能像3D 打印的隨形冷卻水道那樣，可到處鑽孔。在隨性冷卻 設計中我們終於不再需要作出妥協了。
Bastech公司得到俄亥俄州和戴頓大學研究院資助購 買了ProX 200 DMP打印機，因此該公司的任務之一 就是與工業界分享成果。斯托布希望Bastech公司的 基準測試可以向各種規模的工廠說明有絕對可靠的、 端對端的解決方案可以實現隨形冷卻。他說，很多工 具製造商都將採用3D技術來改善自身的運營。我們 願意向其他工廠分享我們的成功，並讓他們知道3D 技術不僅能為他們帶來成功，而且這種成功會對他們 產生極大的影響。
