[发明专利]基于金属3D打印成形的涡流随形冷却水路的制造方法

说明书

本发明公开了一种基于金属3D打印成形的涡流随形冷却水路的制造方法，包括设计涡流随形冷却水路的三维模型，三维模型包括设置在模具本体上的至少一条冷却水道，冷却水道具有进水口和出水口，冷却水道为螺旋状冷却水道；螺旋状冷却水道的内壁设有向螺旋状冷却水道内腔凸出的条状散热单元，条状散热单元按照螺旋状冷却水道的螺旋方向自所述的进水口延伸至所述的出水口；随后将该三维模型通过3D打印的方式打印成完整的模具本体。这种涡流随形冷却水路能增大冷却水路与冷却液体的接触面积，从而提升散热效果，提高生产效率；同时在金属3D打印的过程中可以对模具的整体起到支撑结构的作用，减少增材制造过程中材料出现塌陷的情况。

技术领域

本发明涉及模具制造领域，特别涉及一种基于金属3D打印成形的涡流随形冷却水路的制造方法。

背景技术

注塑生产过程中，在将原料充填进模具塑形后，需等待原料凝固且温度下降到顶出温度时，注塑过程才基本结束，才能将产品取出。传统模具的冷却系统一般采用直线型冷却水路，当产品的结构和表面形状较为复杂时，传统冷却系统在生产过程中会出现冷却效率不佳，不仅生产效率低下，并且这种注塑产品还发生翘曲或凹陷，产生废品，因此注塑模具的冷却效率对产品的生产质量和效率有着至关重要的作用。为了解决此类问题，目前出现了随形冷却水路的设计，相较于传统直线水路，随形冷却水路设计时会根据产品表面变化进行制造，使随形冷却水路能均匀贴近于模腔表面，增加散热面积，避免模具热量在某一处聚集，从而起到提高冷却效率的作用。然而目前的随形冷却水路也只是采用单一水路进行冷却，冷却时容易发生冷却水路局部过热的现象，同时冷却液体在冷却水路中行程较长，无法及时将热量带离模具。同时随形冷却水路的形状具有多变性，如果采用传统的机械加工方式制造随形冷却水路造成极高的困难度。近些年来随着金属增材制造技术（3D打印）逐渐成熟，出现了运用金属增材制造技术打印成型的随形冷却水路。金属增材制造在成型相对简单的随形冷却水路时具有明显的优点：工序简单，成型迅速，一体性强和可靠度高；但基于金属增材制造的随形冷却水路通常由于形状过于复杂，缺乏足够的支撑可能会对模具的结构强度与精度会受到影响，严重时模具内部会发生坍塌，因此制造难度较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于金属3D打印成形的涡流随形冷却水路的制造方法，这种涡流随形冷却水路能增大冷却水路与冷却液体的接触面积，从而提升散热效果，提高生产效率；同时在金属3D打印的过程中可以对模具的整体起到支撑结构的作用，减少增材制造过程中材料出现塌陷的情况。

为了解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种基于金属3D打印成形的涡流随形冷却水路的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）设计涡流随形冷却水路的三维模型，包括设置在模具本体上的至少一条冷却水道，冷却水道具有进水口和出水口，冷却水道为螺旋状冷却水道；螺旋状冷却水道的内壁设有向螺旋状冷却水道内腔凸出的条状散热单元，条状散热单元按照螺旋状冷却水道的螺旋方向自所述的进水口延伸至所述的出水口；

（2）将三维模型按照设定0.01mm层厚进行切片处理，获得涡流随形冷却水路模具的切片数据，分层后每隔0.03mm获得每层中的轮廓数据作为打印层，且每相邻打印层之间的扫描策略采取旋转67°方式进行；

（3）将模具及涡流随形冷却水路所用的粉末材料进行筛粉及除湿处理，置于3D打印设备的供粉罐中；

（4）根据设定的 切片数据将供粉罐中的金属粉末均匀铺在成型基板上，预热成型基板至设定温度，通过选区激光熔化进行成型；

（5）完成一次铺粉并激光熔化后，成型基板下降一个铺粉层厚度，进行第二层的打印，前两层打印层采用同样的工艺参数重复扫描两遍，从第三层打印开始重复铺粉与激光扫描熔化过程直至倒数第三层，最后两层打印层采用同样的工艺参数和相互旋转90°的方式重复扫描两遍，完整成型整个涡流随形冷却水路的模具；