模具型芯镶件温控通道的创新设计

对于采用激光扫描堆积成型的模具型芯镶件，可任意设置冷却通道，不会像用传统钻削冷却通道时所出现的盲点。螺旋形、精细的冷却通道可预先通过仿真对其功能进行检验。本文介绍了德国激光加工中心在这方面所进行的工作。
 
激光加工中心（LBC）公司的流量模型，在上一次博览会上引起了专业参观者的极大兴趣。“我们仍将以我们的仿真工具在国内和国际的博览会上展出，”LBC公司的股东、总经理Ralph Mayer先生预言道：“通过由我们制造的示范装置的模型，我们可以向人们直观地表明，贴近模具轮廓的温度调节有哪些优点，而通过我们激光扫描的堆积成型技术，我们在这个领域里能实现这些优点。特别是冷却水的实际流量和在有4个冷却通道的这种情况下均衡的流量，这表明了我们针对客户的温度调节解决办法方面具有潜力。往往使我们感到有兴趣的是当看到有着丰富经验的模具制造专业人员在参观了我们流量模型时的反应。”
 
实际上，由激光扫描堆积成型的冷却通道，其流体流动是连续的，并且部分相对所示模具型芯壁的距离特别小。通过这种仿真工具，每一位观看者立即可以清楚地看到这种处理工艺的许多优点。Ralph Mayer先生解释道：“作为逐层堆积成型的生产工艺，激光扫描堆积成型的最重要的优点是不需要通过其他的作业操作而直接由电子数据快速、灵活和成本较低的来生产构件或模具。此外，这种制造工艺使设计人员得到比常规生产工艺更多的自由度。我们的工程可以从着眼于最终结果来设计个性化的三维几何实体，然后通过激光扫描堆积成型工艺直接制造出实物。所以我们可以简单、可靠和快速真实地制造出模具上贴近轮廓的温度调节通道。”
 
显示贴近模具轮廓流量的示范模型，通过合乎工艺要求的设计，直观地表明，通过这类温度调控通道的敷设，以使用较少的介质和较低的压力达到对模具型芯最佳的温度调控。这使得激光扫描堆积成型工艺在应用于模具的加热或者冷却上，不仅是非常经济的工艺，而且也是十分高效节能的工艺。

任何一个通道经仿真后，就能精确确定故障所在

为了遵守设计规范，Marc Dimter先生以及LBC公司的股东、总经理Ralph Mayer先生认为：“这涉及到尽可能充分利用计算机设计零件和激光扫描堆积成型工艺所提供的所有自由度。所以在计算机屏幕上可以设计出高效和有针对性的、流量相同的温度调控通道，并同时可以对其进行检验。我们可以对任何一个通道事先对液流进行仿真，以便在分布温度调节通道时能均衡地来分配几乎相同的容积流量（指单位时间内流经一横面的介质容量——译注）。这样，我们就可以进行均衡和确定的温度调节或加温。”
 
清除了死水区，则即使在使用了数年之后，仍能可靠地防止温度调控通道的玷污。“我们使用的激光扫描堆积成型制造工艺，在使用的八年时间里还没发生过一起由于这样的污染而引起的投诉案。而采用其他逐层堆积成型制造的冷却解决办法就没有得到这样好的结果。但是，如果在模具型芯里没有达到所确定的液流值，然后，温度调控的通道又搁置多年，那么，将不可避免地会出现问题。”
 
但是，通过由LBC公司所采用的设计规范，不仅仅是可以获得一个“被动的”质量保证，有针对性的避免温度调控系统中不明显流通的区域，从而有效地提高了模具型芯中温度调控通道的使用寿命。按照这种方式，确保了温度调控通道中一个紊流的液体。这一液流除了有较高的热量传递外，并且还有一种自洁的效应：使玷污的小颗粒不能沉积在温度调控通道的壁上，并较简单地从模具中冲洗出去。如在传统的模具制造中，或许采用钻削加工出的冷却通道会产生盲点，而对于激光扫描堆积成型和相应结构的型芯是不存在这种盲点的。无论如何，许多客户相信来自Kornwestheim市（该市是LBC公司的所在地——译注）的解决方案。对此，Ralph Mayer先生说道：“我们的设计已经能很好地适应我们用户的各种要求，甚至有个别把这种解决方案称之为‘LBC冷却’。基于我们经验的工程，使我们能在极短的时间推出高效的模具。简而言之，我们可以生产适合市场需求的生产方案，这几乎无疑地为一定的商业成功做出了贡献。”


设计是处于价值链的起端
如果在一个模具型芯中，在结构上精巧设计温度调控通道，这对于注塑件的经济性和质量来说是具有决定性的意义，其实就是说，作为在价值链中起始点的设计，是模具实现成功温控的最重要的因素之一。对此，Marc Dimter先生坚定地认为：“我们以一个精巧的、并基于我们的经验设计制定了一个解决方案，而采用其他的方案是不可获得的。确切地说：我们做到了在模具上使温控通道贴近轮廓，而在模具制造中，还没有其他的工艺能做到这一点，即使只是能接近轮廓。”

目前，LBC公司有4台Eosint系统在使用，这样，特别是对于模具制造中的生产项目拥有必要的能力。Ralph Mayer先生解释道：“直接金属激光烧结（DMLS）是较为理想的工艺，能够出色地应付制造模具型芯时的种种挑战。因此，不久前我们不仅扩大了我们机床设备方面的能力，而且由此也提高了我们的生产效率。” 因为，恰恰诸如在一些光学系统或者医疗技术设备这样的高端技术领域，激光烧结技术的专家们预言，在将来，贴近模具轮廓的温度调控通道有着十分广阔的应用前景。