異型水路冷卻的案例
Moldex3D模流分析之以Moldex3D優化異型水路提高70%冷卻效率
圖七 左：(a)K512蠟制造的傳統水路、(b)ABS異型水路、(c)PLA異型水路、(d)蠟線異型水路
右：低壓射出成型的蠟制產品
本實驗以蠟射出成型技術來進行，使用低壓射出機將蠟射出至模具中。融膠溫度和冷卻液溫度分別設定為82 °C和27 °C。成型周期重復10次，以檢視實驗結果和確保準確性。
Moldex3D模擬與實驗結果呈現高度相符(圖八)。如模擬結果所示，相較于傳統水路，異型水路可改善69.61%的冷卻時間。
圖八 實驗和模擬結果比較：(a)傳統水路的冷卻時間、(b)異型水路的冷卻時間
結果
透過以上的研究得知，Moldex3D對于優化異型水路是非常有用的工具。此研究結果可幫助明志科大團隊了解異型水路可同時有效改善冷卻時間、溫度差異和產品變形。實驗結果也驗證，異型水路確實比傳統水路更能提高冷卻效率。
展開 Moldex3D模流分析之成功驗證異型水路提升冷卻效能
株式會社松井制作所案例
以下的案例將就傳統水路和異型水路設計的冷卻結果作比較。下圖為幾何復雜且厚度變化極大的產品模型。使用異型水路設計將可大幅降低冷卻時間逾33% (10秒)。傳統的冷卻水路無法貼近產品的幾何外形，冷卻效果受到局限，在幾何復雜的產品上尤為明顯。如今，日益月新的制程技術實現了異型水路設計，然而，冷卻系統的驗證和設計仍因產品的復雜度而備受考驗。
Moldex3D冷卻分析不僅提供所需的冷卻時間，更可進一步提供模內的溫度變化。此外，冷卻行為如：流率、壓力損失、渦旋與死水區域，都可透過Moldex3D真實三維冷卻系統分析獲得預測結果。要達到異型水路和冷卻效率優化不再是遙不可及。
Moldex3D 的異型水路解決方案有：
大幅提升冷卻效率。異型水路可以將整體的冷卻速率差異降低。
減少生產周期和成本
確保較佳產品質量
本案例的產品規格如下：
長度：23 mm
寬度：15 mm
高度：51 mm
主要的厚度：約3 mm
我們將以這個案例進行傳統水路和異型水路的比較；傳統的冷卻水路設計在公模側是使用隔板式水路，然而，異型水路則可以依產品而行，滿足多變的設計。
異型水路設計距離模穴表面等距離，然而，由于受到幾何模型的限制，冷卻水路仍然無法深入許多地方。在這個案例中，冷卻水路的平均值直徑是4公厘，模穴與水管相距8.3公厘，水管間則是相距9公厘。，
以下為一些水路設計的模擬結果：
傳統的水路設計在冷卻結束時的塑件表面溫度如下所示，溫度從60.04-134.02℃。模穴壁的溫度分布相當低且一致；然而，在公模側，塑件的表面溫度會因區域而異。紅色圈選處為最高溫，很明顯地看出，并無水路經過該處。
以下的圖顯示圈選處所需的冷卻時間。
展開 Moldex3D模流分析之優化異型水路降低LED透鏡殘留應力
圖四(a)中的設計用異型水路代替了擋板；圖四(b)的設計則是在縫合線附近增加了一個冷卻水路。
圖四 異型水路設計
與原始設計相較，優化設計冷卻后溫度較低，分布也較均勻(圖五)。 預估冷卻時間會由15秒縮短至13秒，共縮短13%。異型水路(圖六)同時也改善了產品的殘留應力，達到更好的光學效能。
圖五 采異型水路設計后的溫度分布
圖六 采用異型水路設計后的殘留應力
研究進一步使用偏光鏡進行實際成型實驗，以確定產品的光學特性，結果如圖七所示。光彈條紋僅出現在流道和澆口處，代表菲涅爾透鏡具有良好的光學質量，也驗證了Moldex3D模擬結果的可行性。
圖七 以偏光鏡進行實際成型實驗，確定產品的光學特性
結果
東莞理工學院透過Moldex3D分析，優化異型水路的冷卻設計，解決了積熱問題，將冷卻時間從15秒縮短到13秒。同時也改善了產品的殘留應力和折射率，獲得更佳的光學質量。
展開 Moldex3D模流分析之東莞理工學院利用Moldex3D異型水路降低透鏡殘留應力
圖二 原始水路系統的溫度分布
圖三 原始水路系統的殘留應力
研究團隊采用3D打印的異型冷卻水路來優化冷卻效果，共開發了兩種不同的異型水路，如圖四(a)、(b)。圖四(a)中的設計用異型水路代替了擋板；圖四(b)的設計則是在縫合線附近增加了一個冷卻水路。
圖四 異型水路設計
與原始設計相較，優化設計冷卻后溫度較低，分布也較均勻(圖五)。 預估冷卻時間會由15秒縮短至13秒，共縮短13%。異型水路(圖六)同時也改善了產品的殘留應力，達到更好的光學效能。
圖五 采異型水路設計后的溫度分布
圖六 采用異型水路設計后的殘留應力
研究進一步使用偏光鏡進行實際成型實驗，以確定產品的光學特性，結果如圖七所示。光彈條紋僅出現在流道和澆口處，代表菲涅爾透鏡具有良好的光學質量，也驗證了Moldex3D模擬結果的可行性。
圖七 以偏光鏡進行實際成型實驗，確定產品的光學特性
結果
東莞理工學院透過Moldex3D分析，優化異型水路的冷卻設計，解決了積熱問題，將冷卻時間從15秒縮短到13秒。同時也改善了產品的殘留應力和折射率，獲得更佳的光學質量。
展開 
Moldex3D模流分析之異型水路縮短USB外殼生產周期
為了要提高產品良率，欲采用異型水路來提高冷卻效率。由于異型水路成本昂貴，因此在建造新的模具前，鑫銓借助Moldex3D仿真分析軟件來驗證異型水路的成效，以降低生產風險和成本。透過模擬結果，鑫銓發現新的異型水路系統能夠有效解決產品內部的積熱問題，并且有效縮短冷卻時間，改善產品變形。
挑戰
產品內部積熱導致嚴重翹曲
難以預測異型水路的成效
解決方案
使用Moldex3D eDesign充填、保壓、冷卻、翹曲及瞬時冷卻等模塊，分析異型水路效率，并成功解決產品變形、縮短冷卻時間并提高產能。
效益
改善翹曲
縮短33%的生產周期
提高1.5倍產能
案例研究
為了提高USB外殼的生產良率，鑫銓嘗試改用異型水路系統來改善產品內部的積熱問題。在建模之前，透過Moldex3D輔助設計異型水路系統及預測其成效。
Moldex3D模擬結果指出，原本使用傳統水路時，內部積熱問題會導致產品變形(圖一)。接下來再以Moldex3D模擬改用異型水路的情形，并發現確實可以縮短冷卻時間(圖二)。
圖一 使用原始的傳統水路系統，發現在公模面有積熱現象
圖二 使用異型水路系統后，公模面的溫度降低
原始設計的傳統水路系統中，在第12~15秒時，公模面的溫度仍在100℃；改用異型水路之后，在第5秒就可降至70℃，翹曲問題也大幅改善(圖三)。
圖三 異型水路改善了翹曲問題
經由實際試模，發現異型水路能夠成功將冷卻時間由17~18秒縮減為7秒，生產周期減少為原始設計的1/3 (改百分比)。
圖四 異型水路模具
結果
Moldex3D成功協助鑫銓工業驗證異型水路系統的冷卻成效，讓產品開發人員后續進行建模時具備充分信心，掌握適當的冷卻時間，提高生產效率。
展開 Moldex3D模流分析之Linear AMS借助Moldex3D異型水路分析縮短69%冷卻時間
大綱
塑料射出成型制程中，冷卻階段占據最多的時間，常會延長成型周期。對于生產者而言，首先要務就是能夠快速且高效率地制造產品；但若使用的是傳統鉆孔式冷卻水路，成型周期則不易縮短。為解決此問題，Linear AMS決定以異型水路取代傳統水路，并利用Moldex3D驗證新的水路設計帶來的效益，最后成功縮短冷卻時間，讓Linear AMS更有信心協助客戶解決冷卻問題。
挑戰
受限于傳統水路設計，冷卻時間過長
需要提升冷卻效能，縮短冷卻時間
解決方案
利用Moldex3D eDesign設計出優化異型水路，成功縮短冷卻周期。
效益
縮短69%的冷卻時間
創造市場競爭利基
案例研究
本案例產品為步qiāng*qiāng托組件，Linear AMS希望設計出合適的異型水路系統，以縮短冷卻時間；長期目標則是藉由異型水路的應用，有效協助客戶縮短成型周期。
由于Linear AMS希望提高產能，但又不想添加更多的模具與射出機。他們先以Moldex3D進行充填和保壓的模擬，并未發現嚴重的翹曲問題。接下來進行傳統水路(圖一)制程的仿真，發現在產品軸柄區域有嚴重的積熱現象。
圖一 原始水路設計
圖二 原始水路設計冷卻分析結果，顯示軸柄區域有積熱現象
為了縮短冷卻時間，Linear AMS更改了水路設計，使水路系統能更貼近產品輪廓(圖三)，軸柄處及產品內外側都有水路經過。設計變更后，再次以Moldex3D進行仿真，分析結果顯示溫度分布均勻度有顯著的改善(圖四)。
圖三 變更后的水路設計
圖四 水路設計變更后的仿真結果，溫度分布均勻度顯著改善
Moldex3D的分析技術，成功協助Linear AMS將成型周期從112秒縮減為35秒。
展開 Moldex3D模流分析之零件質量解決方案
Ltd.設計異型冷卻水路作為解決方案。在利用Moldex3D模擬原始設計水路及異型水路的冷卻效率及產品翹曲差異后，決定將隔板式水路換成以DMLS技術制作的異型水路。經實際開模使用，驗證了Moldex3D之分析結果與現場高度相符。
挑戰
? 縮短冷卻時間
? 減少間隙內的翹曲及零件組裝的填隙公差
解決方案
打造全新異型水路設計以改進冷卻效率。新的異型水路設計能有效優化必要的冷卻時間，在短時間內即可達到目標溫度。
效益
? 冷卻時間縮短約 65%
? 翹曲大致上減少為 25%
? 整體產能提升至 50%
案例研究
為追求輕量化與節省能源，汽機車產業使用射出成型的塑料零件取代金屬零件的比例越來越高。在本案例中，產品彎曲的管狀設計造成模具內部冷卻不易。傳統的加工方式僅能制作結構簡單的直通水路，無法讓產品均勻且快速的冷卻。這不僅造成產品成型周期過長，冷卻不均也讓產品變形嚴重、良率降低。因此Objectify Technologies Pvt. Ltd團隊利用Moldex3D分析異型水路與傳統水路差異，利用直接金屬雷射燒結(DMLS)技術，實現異型水路的優勢。結果大幅降低產品成型周期，同時減少變形、提升良率，為客戶提高產能。
傳統水路設計如圖一所示，隔板式水路無法深入彎管內部，導致產品在冷卻階段結束后溫度分布不均，軟管一端已完全冷卻，而另一端卻出現積熱，導致產品公母模溫差高達70℃(圖二)。
圖一 原始隔板式水路設計
圖二 使用隔板式水路時，公母模溫差分布圖
優化方案將隔板式水路改為異型水路(圖三)，此時水路可通過整個塑件內，原先積熱問題可獲得解決，使得公母模溫差下降至15℃(圖四)。
展開 Moldex3D模流分析之縮短3D打印產品的成型周期
Ltd.設計異型冷卻水路作為解決方案。在利用Moldex3D模擬原始設計水路及異型水路的冷卻效率及產品翹曲差異后，決定將隔板式水路換成以DMLS技術制作的異型水路。經實際開模使用，驗證了Moldex3D之分析結果與現場高度相符。
挑戰
縮短冷卻時間
減少間隙內的翹曲及零件組裝的填隙公差
解決方案
打造全新異型水路設計以改進冷卻效率。新的異型水路設計能有效優化必要的冷卻時間，在短時間內即可達到目標溫度。
效益
冷卻時間縮短約 65%
翹曲大致上減少為 25%
整體產能提升至 50%
案例研究
為追求輕量化與節省能源，汽機車產業使用射出成型的塑料零件取代金屬零件的比例越來越高。在本案例中，產品彎曲的管狀設計造成模具內部冷卻不易。傳統的加工方式僅能制作結構簡單的直通水路，無法讓產品均勻且快速的冷卻。這不僅造成產品成型周期過長，冷卻不均也讓產品變形嚴重、良率降低。因此Objectify Technologies Pvt. Ltd團隊利用Moldex3D分析異型水路與傳統水路差異，利用直接金屬雷射燒結(DMLS)技術，實現異型水路的優勢。結果大幅降低產品成型周期，同時減少變形、提升良率，為客戶提高產能。
傳統水路設計如圖一所示，隔板式水路無法深入彎管內部，導致產品在冷卻階段結束后溫度分布不均，軟管一端已完全冷卻，而另一端卻出現積熱，導致產品公母模溫差高達70℃(圖二)。
圖一 原始隔板式水路設計
圖二 使用隔板式水路時，公母模溫差分布圖
優化方案將隔板式水路改為異型水路(圖三)，此時水路可通過整個塑件內，原先積熱問題可獲得解決，使得公母模溫差下降至15℃(圖四)。
展開 異型水路精靈強化，增加異型水路的支援性
■ 科盛科技
(轉載自繁體版ACMT電子技術月刊No.080)
前言
在塑件成型周期中冷卻時間占成型周期約70%-80%，良好的冷卻系統設計不只可以減少翹曲變形還可節省生產時間。所以冷卻水路設計是影響冷卻效率、生產效率以及成本掌控的重要環節，為了得到均勻冷卻效率，Moldex3D提供冷卻分析模塊以及工具，使用者可以透過Moldex3D進行最佳冷卻水路設計，并且提供異型水路精靈讓使用者可以快速建構貼近產品輪廓與深入難以觸及區域的冷卻水路設計，而本次Moldex3D異型水路精靈又進一步強化建構異型水路的支援性，讓使用者僅需要繪制2D水路路徑，精靈將會快速投影在產品面形上產生異型水路，優化后的水路能提高冷卻水路的散熱效益、改善產品質量與縮短冷卻時間。
Step 1. 匯入幾何模型
建立一個新的射出成型(Injection Molding)項目并選擇網格類型(Mesh Type)為Solid。利用匯入幾何(Import Geometry)、屬性(Attribute)或其它各式精靈等功能建立模型物件，直至模型中有塑件(Part)及模座(Moldbase)。
網格類型不支援Shell；不支援mfe檔案，必須先建立模座才可以使用異型水路精靈；
匯入產品后需建立表面網格并保持良好的長寬比(Aspect Ratio)，避免直接使用從CAD輸出的*.stl格式。
Step 1. 匯入幾何模型
Step 2. 建構異型水路
2-1 繪制2D水路路徑
使用者可以事先準備2D水路路徑或是于工具頁簽 (Tool Tab) 中利用點、線工具于近產品處繪制水路路徑線段。
展開 Moldex3D仿真分析之助力K-Rain突破冷卻瓶頸導入異型水路縮短20%成型周期
突破傳統冷卻限制
K-Rain在灑水器噴頭制造初期即面臨冷卻時間過長與外觀瑕疵問題。傳統的冷卻方式（包括使用不銹鋼管搭配冷卻棒、導熱銷）無法提供量產所需的良好熱均勻性，導致成型周期長達52秒，且因散熱不均而在產品表面出現凹痕。
為解決此問題，K-Rain與專精模具設計及制造的Zero Tolerance LLC合作，而Zero Tolerance隨后也攜手具備深厚Moldex3D模擬實務經驗的Reaction Plastics Solutions（RPS），共同驗證3D打印異型水路的效益與可行性。
Zero Tolerance使用Uddeholm Corrax材料及Xact Metal雷射燒結技術所打印的模具嵌件。
（圖片來源：Zero Tolerance）
模擬賦能優化設計
RPS的老板Richard Evans指出，雖然3D打印賦予冷卻水路極高的設計自由度，但若設計不當，仍可能導致低流動。Evans用Moldex3D進行模擬，確保異型水路在所需壓力下，具備形成紊流的高雷諾數（Reynolds Number），而這也是實現良好熱傳導的關鍵因素。
Moldex3D仿真結果顯示（后續亦于實際生產中驗證）：
? 模溫顯著下降：模具最高溫度從128°F降至96°F。
? 成型周期優化：充填、保壓、冷卻時間從26.39秒降至24.05秒。
產品質量與生產效率雙重提升
Zero Tolerance采用Xact Metal的雷射粉床熔融（Laser Powder-Bed Fusion）技術與Uddeholm Corrax鋼材印制嵌件，此嵌件帶來顯著效益：
? 縮短成型周期：整體周期時間從52秒降至41秒，總共減少11秒，且其中8秒歸功于異型水路設計。
展開 Moldex3D模流分析之異型水路精靈強化增加異型水路的支援性
在塑件成型周期中冷卻時間占成型周期約70%-80%，良好的冷卻系統設計不只可以減少產品的翹曲變形還可節省生產時間，所以冷卻水路的設計是影響冷卻效率、生產效率以及成本掌控的重要環節，為了得到均勻的冷卻效率Moldex3D提供冷卻分析模塊以及工具，用戶可以透過Moldex3D進行最佳冷卻水路設計，并且提供異型水路精靈讓使用者可以快速建構貼近產品輪廓與深入難以觸及區域的冷卻水路設計，而本次Moldex3D異型水路精靈又進一步強化建構異型水路的支持性，讓使用者僅需要繪制2D水路路徑，精靈將會快速投影在產品面形上產生異型水路，優化后的水路能提高冷卻水路的散熱效益、改善產品質量與縮短冷卻時間。
?Step1. 匯入幾何模型
建立一個新的射出成型(Injection Molding)專案并選擇網格類型(Mesh Type)為 Solid 。利用 匯入幾何(Import Geometry)、屬性(Attribute) 或其它各式精靈等功能建立模型對象，直至模型中有塑件(Part)及模座(Moldbase)。
注 :
1.網格類型不支持Shell；不支持mfe檔案，必須先建立模座才可以使用異型水路精靈
2.匯入產品后需建立表面網格并保持良好的長寬比(Aspect Ratio)，避免直接使用從CAD輸出的*.stl格式
?Step2.
展開 
Moldex3D模流分析之美國產品設計公司使用模流成功協助客戶提升工藝效能
圖一 模擬異型水路冷卻效率 圖二 充填射壓分布圖
Moldex3D模流分析之支持歧管和模溫機的建立和模擬
功能
? 預測塑件、模具嵌件、冷卻水路、加熱棒…等各種組件構成的溫度分布，評估冷卻與加熱系統的控溫設計
? 檢視模溫瞬時變化響應，特別適用急冷急熱、感應加熱…等等多種冷熱切換的變模溫制程
? 提供簡易冷卻分析模塊，快速驗證模具冷卻系統設計
? 進 階熱澆道分析 模塊 可確認熱澆道設計效果，模擬熱澆道內部復雜構造(包含加熱棒控制)
? 快速建立各種水路幾何(包含模外歧管)，并可根據產品自動構建異形水路
? 混合流場與溫度場進行3D 實體水路分析 ，解析異型水路冷卻效果
? 支持輸入現場模溫機規格，取得更貼近真實的水管壓力及流量信息
? 支持模具預熱分析，評估模溫初始狀態，幫助減少無效生產模次
? 支持模擬塑件頂出過程，評估頂出時間對于小型產品的翹曲影響
特色
塑件冷卻分析
? 計算塑件、流道、嵌件的3D溫度分布
? 計算固化區域
? 計算熱傳率及熱散量
? 預估所需冷卻時間
模座冷卻分析
? 計算模座、模座嵌件、冷卻水路的實體溫度分布
? 計算冷卻水路效應
? 計算塑件嵌件之效用(Moldex3D MCM 為必備模塊)
? 計算多材質的嵌件，如：鈹銅
? 計算加熱棒效應
冷卻水路分析
? 計算冷卻水路的冷卻液溫度分布
? 計算冷卻水路的壓降
? 分析冷卻水路的雷諾數
? 支持傳統/異形水路和 3D流體動力學模擬
? 支持歧管和模溫機的建立和模擬
展開 Moldex3D模流分析之Cool真實3D技術
功能
? 預測塑件、模具嵌件、冷卻水路、加熱棒…等各種組件構成的溫度分布，評估冷卻與加熱系統的控溫設計
? 檢視模溫瞬時變化響應，特別適用急冷急熱、感應加熱…等等多種冷熱切換的變模溫制程
? 提供簡易冷卻分析模塊，快速驗證模具冷卻系統設計
? 進 階熱澆道分析 模塊 可確認熱澆道設計效果，模擬熱澆道內部復雜構造(包含加熱棒控制)
? 快速建立各種水路幾何(包含模外歧管)，并可根據產品自動構建異形水路
? 混合流場與溫度場進行3D 實體水路分析 ，解析異型水路冷卻效果
? 支持輸入現場模溫機規格，取得更貼近真實的水管壓力及流量信息
? 支持模具預熱分析，評估模溫初始狀態，幫助減少無效生產模次
? 支持模擬塑件頂出過程，評估頂出時間對于小型產品的翹曲影響
特色
塑件冷卻分析
? 計算塑件、流道、嵌件的3D溫度分布
? 計算固化區域
? 計算熱傳率及熱散量
? 預估所需冷卻時間
模座冷卻分析
? 計算模座、模座嵌件、冷卻水路的實體溫度分布
? 計算冷卻水路效應
? 計算塑件嵌件之效用(Moldex3D MCM 為必備模塊)
? 計算多材質的嵌件，如：鈹銅
? 計算加熱棒效應
冷卻水路分析
? 計算冷卻水路的冷卻液溫度分布
? 計算冷卻水路的壓降
? 分析冷卻水路的雷諾數
? 支持傳統/異形水路和 3D流體動力學模擬
? 支持歧管和模溫機的建立和模擬
展開 異型水路案例分析──配電盒
<ul><li><strong>SODICK</strong></li><li><strong>(轉載自繁體版ACMT電子技術月刊No.090)</strong></li></ul><p><br></p><p>在這個配電盒的案例中，3D打印技術使得在通常無法構建冷卻通道的模具區域內創建高效的冷卻功能成為可能。這是通過包含螺旋冷卻通道和細孔結構實現的。</p><p><br></p><p><br></p><p>3D打印機在建模過程中允許連續創建細孔。這種無需分割部件的制造能力不僅簡化了過程，還通過一體成型增強了結構的強度和可靠性。此外，這種方法也省去了組裝分割部件的相關工序，進一步減少了生產時間和成本。</p><p><br></p><p><br></p><p>一個顯著的例子是使用金屬3D打印機創建細孔徑孔洞，然后通過流體拋光來改善流動特性。這種處理不僅增強了冷卻通道的效果，也優化了模具的性能并延長其使用壽命。3D打印技術在這類應用中的使用標志著模具制造的一項重大進展。它允許根據成型過程的熱需求精確定制冷卻通道，提供更高效的冷卻，從而提高最終產品的質量。</p><p><br></p><p><br></p><p>此外，一體成型帶來的結構完整性和可靠性提升，意味著更低的維護成本和更少的生產停機，對于尋求最大化性能和成本效益的制造商來說，是一個經濟上有利的選擇。</p><p><br></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8dicNY2WyicIj2mvKicf7xLWjt3Tm0u6R3BDRibL2hsBZqWFianM7QZWI7awuZfeiaterc6Jfxk2gicfKZYWjXaxgkxZQ/640?wx_fmt=jpeg&from=appmsg"></p><p><br></p>
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