選區激光熔化是一種增材製造技術，可用於生產帶有隨形冷卻流道的模具鑲件。ABB OY公司的動力傳動與控制部門藉助增材製造技術，通過對模具鑲件進行再設計，極大地縮短了生產一個電纜套管所需的週期，同時也降低了生產中的報廢率。
ABB OY每年生產數百萬個電纜套管。此案例中的電纜套管由熱塑性彈性(TPE)製成。此前，用於注射成形生產的模具在原始設計中沒有裝配任何冷卻鑲件，單個產品的生產週期約為60秒，其中冷卻時間大約佔了30秒。
由TPE製成的電纜套管產品
選區激光熔化技術實現創新
為了達到最佳的優化效果，該模具鑲件共設計了六種不同的隨形冷卻方案。其中一組使用了傳統設計以用作參照，其餘方案則根據SLM®技術的優勢與要求，綜合考慮了諸如無支撐角度、最小壁厚、流道尺寸及流道形狀等因素進行設計，並對不同的方案進行了相應的優化。在進行實際冷卻實驗之前，測試人員根據水流量及熱傳導係數對各模具鑲件進行了模擬，其結果顯示不同的零件設計會呈現出不同的冷卻性能。
芬蘭公司VTT使用不鏽鋼316L在SLM®125設備上打印出這六款模具鑲件，並根據產品需求，對其進行了熱處理，使鑲件達到54HRC的目標硬度後，對其外部進行了相應的機加工處理。至此，冷卻性能試驗的前期準備工作已全部完成。
性能測試
為了測試冷卻效果，鑲件需要被加熱到70℃進行回火冷卻至20℃，而這一過程類似於注塑成形工藝中TPE的冷卻過程。通過使用紅外測溫採集各個鑲件冷卻時的數據，並進行統一對比。
其中，噴泉型，薄U型和粗螺旋型設計有著最佳的冷卻性能，能夠在10秒內完成冷卻過程。由於鑲件尖端區域的冷卻速度較慢，通過減小流道的橫截面積可以加快湍流流速，實現冷卻效率的提升。而使流道盡可能地靠近鑲件表面則可以使冷卻效率最大化。而綜合考慮到成形難度，噴泉型和薄U型鑲件的成形效果最好。
帶有隨形冷卻的鑲件可以用於注塑成形模具中，目前看來這些鑲件的使用並不會造成成形件中產生空腔。TPE的生產週期縮短到14.7秒，其中冷卻時間縮短至6秒。
隨形冷卻有助於大批量注塑件的生產
SLM®技術的使用帶來生產週期和生產成本大幅度的縮減。通過在注塑成形模具中使用隨形冷卻鑲件，可以將冷卻時間從約30秒縮短至大約6秒，將生產週期從60.5秒減少到14.7秒。
3D打印案例——帶有隨形冷卻的模具鑲件
- 在模具鑲件內直接集成隨形冷卻流道
- 在使用隨形冷卻鑲件的情況下，TPE的冷卻時間減少了80%
- 總計生產週期縮短了75%以上
- 隨形冷卻使得注塑件得以均勻冷卻，減少了次品產生
文章來源：SLM Solutions
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