Moldflow&3D打印，隨形冷卻高成效仿真應(yīng)用

來源：歐艾堤希張秀元


一、隨型冷卻與3D打印技術(shù)
產(chǎn)品對隨型冷卻的需求
大家比較關(guān)心的問題是“我們什么時候需要用到隨型冷卻”? 事實(shí)上這是關(guān)于采用新技術(shù)的ROI 投資回報(bào)率問題，因?yàn)樾枰紤]新技術(shù)的成本。通常來說：兩種產(chǎn)品最需要用到隨型冷卻： 杯子狀/盒狀產(chǎn)品和大的曲率變化的產(chǎn)品。另外對于肉厚分布不均的產(chǎn)品，需要關(guān)注的成型周期和變形問題。如今，產(chǎn)品的品質(zhì)要求越來越高，傳統(tǒng)的冷卻無法滿足這些要求。隨型冷卻成為解決這些問題的最佳技術(shù)。

隨型冷卻水路的加工

1.直接金屬激光燒結(jié)（Direct Metal Laser Sintering ）使用激光，向上一層層燒結(jié)金屬粉末，生成型芯或型腔。這是一種理想的方法，當(dāng)型芯或腔體尺寸較小時常用，因?yàn)榻饘俜勰┦窍喈?dāng)昂貴的。

2.熱/壓融合技術(shù)（Heat/Pressure）:在真空爐中通過加熱和加壓將兩塊或多塊金屬板熔接在一起。

相對來說，3D激光打印技術(shù)因其可以加工任意形狀，具有更高的設(shè)計(jì)彈性，成為隨型冷卻水路加工的最佳方式。但目前成本仍偏高。

產(chǎn)品對隨型冷卻的需求
3D打印技術(shù)，是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品。與傳統(tǒng)制造業(yè)通過模具、車銑等機(jī)械加工方式對原材料進(jìn)行定型、切削以最終生產(chǎn)成品不同，3D打印將三維實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€二維平面，通過對材料處理并逐層疊加進(jìn)行生產(chǎn)，大大降低了制造的復(fù)雜度。

二、Moldflow隨形冷卻分析
Moldflow隨形冷卻分析
AutodeskSimulation Moldflow應(yīng)用了Autodesk Simulation CFD強(qiáng)大的計(jì)算流體力學(xué)分析功能，進(jìn)行隨形冷卻的3D水路仿真分析。
消除熱點(diǎn)
確定死角
3D水路建模及分析與MoldflowInsight Cool (FEM)集成

關(guān)于Autodesk Simulation CFD
AutodeskSimulation CFD的前身是美國藍(lán)脊數(shù)碼公司的CFdesign，2011年3月被歐特克收購。2011年8月，歐特克正式推出AutodeskSimulation CFD CFD = Computational Fluid Dynamics計(jì)算流體力學(xué)。
Autodesk Simulation CFD旨在為客戶解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)和優(yōu)化中遇到的流動與傳熱問題。

Moldflow隨形冷卻分析結(jié)果應(yīng)用
Conformal CoolingChannel Velocity –Hot Spot

Conformal CoolingChannel Velocity –Hot Spot

建立隨形冷卻網(wǎng)格的工作流程
1.導(dǎo)入CAD產(chǎn)品生成Solid 3D 或Dual Domain網(wǎng)格
2.選擇一個包含Cool (FEM)的分析序列
3.澆注系統(tǒng)建?；蛑付ㄒ粋€注射位置
4.柱體單元冷卻系統(tǒng)建模
5.添加呈現(xiàn)隨形冷卻水路的CAD模型
6.賦予3D水路屬性為隨形冷卻水路
7.為隨形冷卻水路設(shè)置冷卻劑入口和出口
8.建立模具模型（模具結(jié)構(gòu)劃分為3D網(wǎng)格Moldblock 3D屬性)
9.創(chuàng)建3D 水路網(wǎng)格（在3D 水路上設(shè)置邊界條件為進(jìn)水口和出水口）
10.定義需要的成型參數(shù)設(shè)置然后運(yùn)行分析

隨形冷卻: 3D 水路網(wǎng)格劃分選項(xiàng)
分離度因子自動的目標(biāo)長度被計(jì)算增加該值, 目標(biāo)長度增加=> 網(wǎng)格粗糙
流動間隙單元(目標(biāo))確保一個合理的單元數(shù)量在受限的流動區(qū)域，沒有高的縱橫比這些單元在增強(qiáng)層之間
增強(qiáng)層(目標(biāo))與表面接觸的單元層數(shù)

隨形冷卻: 3D分析注意事項(xiàng)
冷卻劑出口: 默認(rèn)設(shè)置為大氣壓
隨形冷卻分析可用RHCM快速加熱/冷卻
目前版本分析時間會較長，由于暫未實(shí)施并行運(yùn)算技術(shù)

最佳方法:
應(yīng)用3D水路網(wǎng)格生成形狀更為精準(zhǔn)
CFD求解器具有與Moldflow3D 流動求解器不同的網(wǎng)格要求
轉(zhuǎn)換Moldflow產(chǎn)品網(wǎng)格為3D水路網(wǎng)格會產(chǎn)生較差的結(jié)果
可能的話對普通水路用1D Beam水路
1D Beam水路分析更快，占用更少內(nèi)存，結(jié)果精準(zhǔn)
1D Beam水路和3D水路可以共存

三、Moldflow隨型水路冷卻分析應(yīng)用
Moldflow隨形冷卻分析應(yīng)用
案例說明：此為某公司開發(fā)的產(chǎn)品，應(yīng)用3D打印隨形冷卻水路，并采用Moldflow仿真分析。

隨形冷卻與傳統(tǒng)冷卻的比較實(shí)驗(yàn)
>>要評估隨形冷卻水路的效果，需要與一個傳統(tǒng)水路設(shè)計(jì)（兩條冷卻水路）進(jìn)行比較。
>>以模具溫度分布結(jié)果為主要評判指標(biāo)

隨型冷卻建模

傳統(tǒng)水路建模

隨型冷卻溫度曲線

傳統(tǒng)水路溫度曲線

>>結(jié)果：相對于傳統(tǒng)冷卻水路，隨型冷卻水路在產(chǎn)品冷卻困難部分冷卻效率更高，產(chǎn)品各部位溫度分布均勻。

3D水路分析結(jié)果

3D水路速度分布

3D水路壓力分布

模具瞬態(tài)溫度分布

隨形冷卻與傳統(tǒng)冷卻的溫度結(jié)果比較

結(jié)果：產(chǎn)品熱點(diǎn)溫度相差35度，成型周期差4秒。對于該產(chǎn)品來說：相對于傳統(tǒng)冷卻水路，隨型冷卻水路在產(chǎn)品冷卻困難部分冷卻效率更高，溫度可快速下降到頂出溫度以下，大幅減小成型周期。

四、結(jié)論
隨著產(chǎn)品品質(zhì)要求越來越高，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)對某些領(lǐng)域的產(chǎn)品已無法適用，并遇到品質(zhì)提升的瓶頸。隨型冷卻因其最靠近產(chǎn)品表面，以高的冷卻效率和均衡的冷卻品質(zhì)解決了傳統(tǒng)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的難題。

3D打印技術(shù)出現(xiàn)和發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)加工自由度的大幅提升，使模具領(lǐng)域復(fù)雜隨型冷卻水路加工得以實(shí)現(xiàn)。Moldflow仿真技術(shù)的應(yīng)用通過預(yù)測，驗(yàn)證和優(yōu)化設(shè)計(jì)保障了隨型冷卻技術(shù)的可靠性應(yīng)用。

新技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展需要一個過程，但其不會逆轉(zhuǎn)。3D打印及隨型冷卻技術(shù)將很快廣泛應(yīng)用。Moldflow已做好了的實(shí)現(xiàn)了隨型冷卻精準(zhǔn)分析的技術(shù)保障。您準(zhǔn)備好了嗎？