根据3D科学谷的市场观察，随形冷却水路是选区激光熔化3D打印技术为模具冷却带来的变革性应用。增材制造技术的应用，避免了传统工艺交叉钻孔的限制，这使得模具设计师能够根据冷却要求设计不同的随形冷却回路，使得模具以一致的速度冷却散热，促进冷却的均匀性，减少冷却时间。
本期3D科学谷将分享一个铝合金高压铸造模具3D打印应用案例。在这一应用中，通过德国通快3D打印设备制造的浇口分流器带有随形冷却水路，使得压铸模具开模时间减少30%，模具寿命得以提升，最终将提升压铸生产线的产能。
TruPrint 3000 3D打印设备加工 H13 模具©通快
提升压铸线产能
冷却流道优化提高冷却效率
铝合金高压铸造的模具尺寸通常可达 1 米× 2 米，压力可达 80 吨。合模之后温度高达 700 多摄氏度的铝水在不到 1 秒的时间内被压入模腔，并迅速冷却凝固成铝合金齿轮箱壳体产品。
而压铸产线的产能取决于开模时间的长短，如果能提高局部过热区域的冷却速度，就能大大缩短铝水冷却凝固的时间，实现短时间开模，大大提升产能。
铝合金高压铸造流程©通快
在这个案例中，浇口位置由于壁厚更大，积聚了更多的铝水，在冷却过程中温度始终高于其他部位，提升该处的冷却速度成为缩短开模时间的关键。
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传统浇口分流器的冷却流道设计是通过钻孔并安装一套冷却回流的组件来实现对该处的局部冷却。这样的冷却流道设计，使得冷却水距离模具表面的距离较远，并且模具的不同位置冷却不均匀。
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有了 3D 打印技术后，就可以对冷却流道做进一步优化，设计成更贴近模具表面的随形冷却流道，并且可以通过 3D 打印一体化成型，无需后续的加工或装配，流道距离模具表面的平均距离维持在 3mm。
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经过优化后 3D 打印的浇口分流器实际工作过程中的最大温度仅 224 摄氏度，比传统加工的零件的最大温度降低了 180 摄氏度，并且表面温度的均匀性也更好。
©通快
3D打印压铸模具浇口分流器不仅缩短了 30% 的开模时间，并且提升了模具的使用寿命。
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克服H13 材料3D打印挑战
以上应用中采用的H13 属于热作模具钢材料，具有较高的韧性，耐冷热疲劳性与优良的热强性。
粉末成分表©通快
但H13材料在 3D 打印加工过程中特别容易开裂，形成微裂纹，导致最终产品的致密度和力学性能下降。
垂直面金相图©通快
根据通快，TruPrint 3000 设备制造的浇口分流器模具H13 粉末材料由 CMC 公司提供，其H13 材料针对选区激光熔化3D打印应用进行了成分优化，在保证性能的基础上降低了产品的脆性，能够避免微裂纹的产生。通过对产品的金相分析，致密度达到 99.9% 以上。
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l 来源：通快(Trumpf)
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