[发明专利]一种金属3D打印制备自支撑流道的随形冷却模具制造方法

说明书

本发明公开了一种金属3D打印制备自支撑流道的随形冷却模具制造方法；首先设计具有自支撑结构随形冷却水路的三维模型，该水路靠近模具表面呈螺旋状随形分布，水路内部设计网格支撑结构，支撑结构与水路内壁紧密贴合，为水路成型过程提供支撑，同时保证冷却水路的有效水流量。模具底部与注塑机装配部分使用金刚石网格结构，实现网格化减材。然后，将模型数据导入金属3D打印设备；最后选择合适材料，采用优化参数进行3D打印成型模具。这种内部带支撑结构的随形冷却水路，能够保证水路的结构强度，有效避免在成型过程中的结构坍塌，从而突破冷却水路最大可成型尺寸限制。进而实现模具的快速、高效和高质量冷却，提高生产效率和经济效益。

技术领域

本发明涉及金属增材制造领域，尤其涉及一种金属3D打印制备自支撑流道的随形冷却模具制造方法。

背景技术

随着人们的生活需求水平不断提高，对注塑产品的形状复杂程度要求也逐渐增加。在实际的注塑生产过程中，喷流式、挡流板阵列、衬套式、隔板等传统冷却水路通常是直线分布。

对于形状复杂的注塑模具不仅容易因冷却水路与型腔表面距离不一致，导致注塑件出现翘曲变形等缺陷，而且降低了对注塑件的冷却效率，使得生产效率较低。相对于传统冷却水路，随形冷却水路具有设计自由的特点，水路的形状能随注塑件的形状特征设计成曲线，从而控制水路与型腔表面距离的距离，实现塑件均匀有效冷却。

然而，传统方法制备的冷却模具，其冷却水路一般采用钻孔的机械制造方法，难以在模具内部制备弯曲复杂的随形冷却水路。

随着金属3D打印技术的成熟发展，该技术为随形冷却模具复杂的内部水道的制造提供了新的方法。金属3D打印是利用高能量激光束产生高温将三维模型切片后的二维截面上的金属合金粉末熔化，由下而上逐层打印实体零件的一种增材制造方法。

相对于传统切削加工方法，它具有提高小批量零件生产效率、缩短加工时间、减少材料浪费、节约加工成本和个性化定制等优点，在航天航空、医学、汽车、模具、珠宝首饰等领域得到广泛的应用。

将金属3D打印的优势应用于模具设计中，不仅能成型复杂几何形状的模具，还能够缩短模具成型工序和周期。

但是由于金属3D打印过程中，高能量密度激光使材料瞬时熔化，并在激光离开时快速凝固，冷却速率可高达10⁶-10⁸K/s。

金属3D打印成型过程中容易产生较大的内应力，导致结构变形、坍塌、开裂等缺陷。因此，对于悬垂结构，在金属3D打印成型时，通常需要添加支撑结构，以确保成型的顺利进行。

在随形冷却模具中，冷却水道的上壁就是典型的悬垂结构；受较大应力的影响，当水道孔径较大时，其顶部悬垂结构在应力作用下，容易出现边缘坍塌、卷曲等缺陷，导致几何特征成型失败。

在未加支撑的情况下，金属3D打印成型模具时，能够顺利成型的最大水道直接为8-10mm，为了保证可靠性和成功率，工业应用中通常设计最大孔径为8mm，这在一定程度上限制了随形冷却水路的冷却效率。尤其是面向汽车领域的大型随形冷却模具，其冷却质量和经济效益也会明显降低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种金属3D打印制备自支撑流道的随形冷却模具制造方法。解决了现有工艺复杂、冷却不均匀以及冷却效率低等不足和缺陷。

本发明的特点是自支撑结构以最大优化随形冷却水路的直径和增加水路的结构强度，防止随形冷却水路成型过程中出现材料坍塌。从而最大程度提升随形冷却水路的冷却效率，实现塑件均匀高效冷却，保证实际的生产效率和质量。

本发明通过下述技术方案实现：

一种金属3D打印制备自支撑流道的随形冷却模具制造方法，包括如下步骤：

步骤一，设计模具：