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May 2024
具有隨形冷卻流道的模具 (Meltio)
塑膠射出成型是熱塑性聚合物產業中用於大規模生產最具有經濟效益且最廣泛應用的製程之一。 它涉及四個主要階段：（i）熔融塑膠的射出，（ii）在模具中壓實，（iii）冷卻過程和（iv）模具頂出。 文獻綜述表明，冷卻階段約佔總循環時間的 70% 至 80%。
從經濟角度來看，塑膠射出模具的製造是一項重大投資。 因此，延長生命週期有望最大化其獲利能力。 模具應能夠承受多次射出週期，而不會顯著降低性能或品質。
然而，鑑於冷卻階段是射出過程中常遇到的瓶頸，模具內擁有高效的冷卻系統非常重要。 冷卻不足或品質不佳會對產品品質產生負面影響，導致不良的變形和收縮。
目錄
一般來說，有效管理冷凍階段有兩個關鍵參數：冷卻時間和模具表面的溫度均勻性。 減少冷卻時間是提高冷卻階段性能的最理想結果，因為它可以降低變形和收縮的風險，同時實現更短的週期，從而提高生產率。
冷卻性能可以透過材料特性和冷卻應用來增強。 在這兩個因素中，冷卻應用是優先考量的，因為模具材料性能主要取決於機械性能，例如強度和重量，而不是考慮導熱係數。
因此，在大多數塑膠射出成型應用中，除非另有說明，該材料在實際應用中不被視為性能增強的關鍵因素。
塑膠產品的複雜性取決於產品中的曲線結構，而複雜的冷卻流道曲線構造很難透過直線路徑鑽孔的方式製作出。 因此，缺乏曲線冷卻流道的模具增加了冷卻時間並且缺乏溫度均勻性，導致產品品質降低並產生有缺陷的結果。
為了提高冷卻性能，可以利用最佳的冷卻參數，例如流道間距（兩個直鑽流道之間的距離）、流道直徑、流速以及通過流道循環的冷卻劑的熱特性。 然而，由於傳統流道和加工的設計限制，上述改進方法對於複雜的塑膠製品來說可能仍然不夠。
因此，隨形冷卻流道成為漸進式的解決方案，可提高塑膠射出過程中的冷卻效率。 隨形冷卻流道經過精心設計，可精確遵循模具幾何形狀中塑膠產品的輪廓。
Meltio 的技術展現了在塑膠射出成型模具中設計製作出由晶格結構組成的隨形冷卻流道的潛力，為工業生產領域提供了突破性的機會。 晶格結構不僅增強了模具的整體結構完整性，而且有利於射出成型過程中的有效散熱。
這項進步可以實現精確的溫度控制，減少循環時間並提高模製零件的品質和一致性。 金屬積層製造和隨形冷卻設計的融合代表了製造領域的典範轉移，提高了塑膠射出成型製程的效率、成本效益和性能。
** 如想更了解Meltio 的DED線材金屬3D列印製程，請參考: Meltio DED直接能量沉積成型3D列印技術的優勢
為了評估積層製造塑膠射出成型模具中隨形冷卻流道的優勢，在兩個模具樣品之間進行了熱流模擬比較：一個具有透過鑽孔製成的傳統冷卻通道，而另一個則採用隨形冷卻通道由螺旋晶格結構組成。 使用 Autodesk Fusion 360 軟體進行模擬。
在熱流分析中，主要重點是有效控制模具溫度以優化射出過程。 為模擬建立的熱載荷是對模具關鍵區域施加 80 ℃ 的溫度（對應於射出塑膠的估計溫度），並對各個冷卻流道施加 20 ℃ 的冷卻劑溫度。
對於兩個模具使用相同的參數時發現，具有隨形冷卻流道的模具表現出優異的熱流。 就熱流而言，數值越高表示熱傳遞越強，可能會加速從熔融塑膠到冷卻流道中冷卻劑的傳遞。
這被認為有利於在射出週期之間快速冷卻模具、提高生產率以及透過控制塑膠凝固來提高成型零件的品質。 據觀察，由於界面表面積和冷卻劑流體渦度增加，與圓形流道相比，晶格結構能夠增加傳熱。
研究還表明，具有隨形冷卻流道的模具表現出更均勻的溫度分佈，這反映在深藍色的部位上。
由於熱流增加，隨形流道有助於保持模具中更恆定的溫度，從而提高模製零件品質的一致性。
此外，它在加熱的關鍵表面上顯示出明顯較低的熱梯度 (thermal gradients)，表示這種類型的隨形冷卻流道在射出模具應用中可能是最佳的方案，射出模具是高性能工具，其中高傳熱率和/或熱平衡是非常重要的因素。
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