Moldflow&3D打印，随形冷却高成效仿真应用

来源：欧艾堤希张秀元


一、随型冷却与3D打印技术
产品对随型冷却的需求
大家比较关心的问题是“我们什么时候需要用到随型冷却”? 事实上这是关于采用新技术的ROI 投资回报率问题，因为需要考虑新技术的成本。通常来说：两种产品最需要用到随型冷却： 杯子状/盒状产品和大的曲率变化的产品。另外对于肉厚分布不均的产品，需要关注的成型周期和变形问题。如今，产品的品质要求越来越高，传统的冷却无法满足这些要求。随型冷却成为解决这些问题的最佳技术。

随型冷却水路的加工

1.直接金属激光烧结（Direct Metal Laser Sintering ）使用激光，向上一层层烧结金属粉末，生成型芯或型腔。这是一种理想的方法，当型芯或腔体尺寸较小时常用，因为金属粉末是相当昂贵的。

2.热/压融合技术（Heat/Pressure）:在真空炉中通过加热和加压将两块或多块金属板熔接在一起。

相对来说，3D激光打印技术因其可以加工任意形状，具有更高的设计弹性，成为随型冷却水路加工的最佳方式。但目前成本仍偏高。

产品对随型冷却的需求
3D打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。

二、Moldflow随形冷却分析
Moldflow随形冷却分析
AutodeskSimulation Moldflow应用了Autodesk Simulation CFD强大的计算流体力学分析功能，进行随形冷却的3D水路仿真分析。
消除热点
确定死角
3D水路建模及分析与MoldflowInsight Cool (FEM)集成

关于Autodesk Simulation CFD
AutodeskSimulation CFD的前身是美国蓝脊数码公司的CFdesign，2011年3月被欧特克收购。2011年8月，欧特克正式推出AutodeskSimulation CFD CFD = Computational Fluid Dynamics计算流体力学。
Autodesk Simulation CFD旨在为客户解决产品设计和优化中遇到的流动与传热问题。

Moldflow随形冷却分析结果应用
Conformal CoolingChannel Velocity –Hot Spot

Conformal CoolingChannel Velocity –Hot Spot

建立随形冷却网格的工作流程
1.导入CAD产品生成Solid 3D 或Dual Domain网格
2.选择一个包含Cool (FEM)的分析序列
3.浇注系统建模或指定一个注射位置
4.柱体单元冷却系统建模
5.添加呈现随形冷却水路的CAD模型
6.赋予3D水路属性为随形冷却水路
7.为随形冷却水路设置冷却剂入口和出口
8.建立模具模型（模具结构划分为3D网格Moldblock 3D属性)
9.创建3D 水路网格（在3D 水路上设置边界条件为进水口和出水口）
10.定义需要的成型参数设置然后运行分析

随形冷却: 3D 水路网格划分选项
分离度因子自动的目标长度被计算增加该值, 目标长度增加=> 网格粗糙
流动间隙单元(目标)确保一个合理的单元数量在受限的流动区域，没有高的纵横比这些单元在增强层之间
增强层(目标)与表面接触的单元层数

随形冷却: 3D分析注意事项
冷却剂出口: 默认设置为大气压
随形冷却分析可用RHCM快速加热/冷却
目前版本分析时间会较长，由于暂未实施并行运算技术

最佳方法:
应用3D水路网格生成形状更为精准
CFD求解器具有与Moldflow3D 流动求解器不同的网格要求
转换Moldflow产品网格为3D水路网格会产生较差的结果
可能的话对普通水路用1D Beam水路
1D Beam水路分析更快，占用更少内存，结果精准
1D Beam水路和3D水路可以共存

三、Moldflow随型水路冷却分析应用
Moldflow随形冷却分析应用
案例说明：此为某公司开发的产品，应用3D打印随形冷却水路，并采用Moldflow仿真分析。

随形冷却与传统冷却的比较实验
>>要评估随形冷却水路的效果，需要与一个传统水路设计（两条冷却水路）进行比较。
>>以模具温度分布结果为主要评判指标

随型冷却建模

传统水路建模

随型冷却温度曲线

传统水路温度曲线

>>结果：相对于传统冷却水路，随型冷却水路在产品冷却困难部分冷却效率更高，产品各部位温度分布均匀。

3D水路分析结果

3D水路速度分布

3D水路压力分布

模具瞬态温度分布

随形冷却与传统冷却的温度结果比较

结果：产品热点温度相差35度，成型周期差4秒。对于该产品来说：相对于传统冷却水路，随型冷却水路在产品冷却困难部分冷却效率更高，温度可快速下降到顶出温度以下，大幅减小成型周期。

四、结论
随着产品品质要求越来越高，结构越来越复杂，传统的冷却技术对某些领域的产品已无法适用，并遇到品质提升的瓶颈。随型冷却因其最靠近产品表面，以高的冷却效率和均衡的冷却品质解决了传统技术无法实现的难题。

3D打印技术出现和发展，实现了设计加工自由度的大幅提升，使模具领域复杂随型冷却水路加工得以实现。Moldflow仿真技术的应用通过预测，验证和优化设计保障了随型冷却技术的可靠性应用。

新技术的产生和发展需要一个过程，但其不会逆转。3D打印及随型冷却技术将很快广泛应用。Moldflow已做好了的实现了随型冷却精准分析的技术保障。您准备好了吗？