根據3D科學谷的市場觀察，隨形冷卻水路是選區鐳射熔化3D列印技術為模具冷卻帶來的變革性應用。增材製造技術的應用，避免了傳統工藝交叉鑽孔的限制，這使得模具設計師能夠根據冷卻要求設計不同的隨形冷卻迴路，使得模具以一致的速度冷卻散熱，促進冷卻的均勻性，減少冷卻時間。

本期3D科學谷將分享一個鋁合金高壓鑄造模具3D列印應用案例。在這一應用中，透過德國通快3D列印裝置製造的澆口分流器帶有隨形冷卻水路，使得壓鑄模具開模時間減少30%，模具壽命得以提升，最終將提升壓鑄生產線的產能。

提升壓鑄線產能

/ 冷卻流道最佳化提高冷卻效率

鋁合金高壓鑄造的模具尺寸通常可達 1 米× 2 米，壓力可達 80 噸。合模之後溫度高達 700 多攝氏度的鋁水在不到 1 秒的時間內被壓入模腔，並迅速冷卻凝固成鋁合金齒輪箱殼體產品。

而壓鑄產線的產能取決於開模時間的長短，如果能提高區域性過熱區域的冷卻速度，就能大大縮短鋁水冷卻凝固的時間，實現短時間開模，大大提升產能。

在這個案例中，澆口位置由於壁厚更大，積聚了更多的鋁水，在冷卻過程中溫度始終高於其他部位，提升該處的冷卻速度成為縮短開模時間的關鍵。©通快

傳統澆口分流器的冷卻流道設計是透過鑽孔並安裝一套冷卻迴流的元件來實現對該處的區域性冷卻。這樣的冷卻流道設計，使得冷卻水距離模具表面的距離較遠，並且模具的不同位置冷卻不均勻。©通快©通快©通快©通快/ 克服H13 材料3D列印挑戰粉末成分表©通快垂直面金相圖©通快

有了 3D 列印技術後，就可以對冷卻流道做進一步最佳化，設計成更貼近模具表面的隨形冷卻流道，並且可以透過 3D 列印一體化成型，無需後續的加工或裝配，流道距離模具表面的平均距離維持在 3mm。

經過最佳化後 3D 列印的澆口分流器實際工作過程中的最大溫度僅 224 攝氏度，比傳統加工的零件的最大溫度降低了 180 攝氏度，並且表面溫度的均勻性也更好。

3D列印壓鑄模具澆口分流器不僅縮短了 30% 的開模時間，並且提升了模具的使用壽命。

以上應用中採用的H13 屬於熱作模具鋼材料，具有較高的韌性，耐冷熱疲勞性與優良的熱強性。

但H13材料在 3D 列印加工過程中特別容易開裂，形成微裂紋，導致最終產品的緻密度和力學效能下降。

根據通快，TruPrint 3000 裝置製造的澆口分流器模具H13 粉末材料由 CMC 公司提供，其H13 材料針對選區鐳射熔化3D列印應用進行了成分最佳化，在保證效能的基礎上降低了產品的脆性，能夠避免微裂紋的產生。透過對產品的金相分析，緻密度達到 99。9% 以上。

更多3D列印模具製造應用，敬請前往《3D列印與模具行業白皮書》-上篇，《3D列印與模具行業白皮書》-下篇。

l來源：通快（Trumpf）