1.模具尺寸数据的测绘

由于该模具镶件的原始图纸信息已丢失，后续金属3D打印所需的三维数据由三维扫描仪加人工测试的方式获得，具体步骤为：

（1）在传统模型表面喷射一层均匀的显像剂，如图10-28（a）所示；

（2）在零件表面粘贴定位标签，如图10-28（b）所示；

（3）用三维扫描仪扫描零件获得数据，如图10-28（c）所示；

（4）扫描数据反求；

（5）测量未扫描部位数据及其他尺寸，与三维反求数据对比并修正；难以扫描及人工测量的部位，通过量取塑件产品对应部位的尺寸，再乘以相应的收缩率即为所需尺寸。

图10-28　三维扫描流程

（a）喷射显像剂；（b）粘贴定位标签；（c）扫描零件获得数据

2.随形冷却水路设计

传统模具加工该塑件时，一般采用隔板式冷却水路，如图10-29所示。

图10-29　传统模具冷却水路

本方案重新对模具镶件的水路进行了设计，共3种，如图10-30所示。

方案1：冷却水路采用1路进水口、1路出水口的方式。

方案2：冷却水路采用1路进水口、1路出水口的方式，该方案进水口采取环绕型冷却，各环之间采用竖直水路连接，出水口大部分部位为一竖直水路，相较于螺旋型水路，该设计能缩短随形冷却水路的长度，减小水压损失。

方案3：该方案与方案2相似，区别在于塑件顶部亦有冷却，受该处尺寸的限制，水路直径设定为3 mm。

图10-30　不同随形冷却水路方案示意

3.冷却效果分析

对以上不同的冷却设计方案，使用Moldflow进行冷却模拟分析，分析时采用的工艺参数为：开模时间5 s，充填时间1.14 s，熔体温度230℃，分析模具最高温度137℃、最低温度25℃，冷却水路压力0.3 MPa。通过冷却分析，熔体流动比较均匀，无短射、滞流现象产生，产品的流动前沿温度相差2.5℃，材料的熔体最高温度为230.8℃，最低为228.3℃，在材料注塑温度范围之内，如图10-31所示。(www.daowen.com)

图10-31　产品的流动前沿温度分析结果

不同模具镶件周期内的温度变化如图10-32所示。在模具镶件顶部、中部、底座各选一个点，该点处温度分析结果显示：在顶部，有冷水水路的方案3温度最低，约为26℃，传统水路为102℃，未在顶部铺设水路的随形水路的方案2的温度为80℃；中部，因所有方案在该处都有冷却，差别不是很大，其中传统模具温度为34℃，三种随形水路的温度在26℃左右，以方案1的温度最低；在底部，所有冷却方案包括传统和随形水路，温度差别不大，都在25.5℃～26℃。

图10-32　不同模具镶件周期内的温度变化

（a）传统水路；（b）方案1随形水路；（c）方案2随形水路；（d）方案3随形水路

在模具镶件所选不同部位对应的塑件产品的位置分别选点，温度分析结果显示：温度分布趋势与上述不同冷却方案的模具镶件保持一致，在产品冷却达到15 s时，随形冷却方案3的产品温度比传统水路低60℃，降低了近60%，如图10-33所示。

图10-33　不同冷却方案注塑所得产品周期内的温度变化

（a）传统水路；（b）方案1随形水路；（c）方案2随形水路；（d）方案3随形水路

三种随形水路达到顶出温度的时间分别为18.56 s、18.53 s、16.63 s，比传统水路（22.97 s）少6 s以上，效率提高近26%，其中以方案3的冷却效果最为明显。四种方案的产品收缩率、变形量差别均不大；进出水口的温差在5℃以内。

总体分析结论如下：

（1）随形水路相对传统水路改善注塑冷却时间26%；

（2）随形水路相对原始产品，模具温度改善54%；

（3）随形水路对产品原始体积收缩没有明显改善；

（4）随形水路进出水口温差最大为5℃，符合水路设计要求；

（5）随形水路压力在0.3 MPa，符合一般模温机要求；

（6）随形水路未出现停滞、涡流、回流等现象；

（7）随形水路最大流速为1 009 cm/s，平均流速为504 cm/s；

（8）随形水路截面流量最大为7.5 L/min，平均为3.75 L/min。

三种随形水路方案在同等边界条件下比传统水路在冷却时间、模具温度等方面改善明显，而以方案3为最佳。