先进增材制造技术正在变革随形冷却流道的制备工艺，可帮助注塑厂商最多缩短 70% 的成型周期。
十多年前，3D 打印随形冷却镶件彻底改变了复杂几何结构塑料注塑件的生产局面。
尽管随形冷却流道在 20 世纪 90 年代中期就已问世，但受限于当时打印材料存在孔隙缺陷、设备精度不足，其实际效果一直不尽如人意。
时至今日，得益于增材制造技术迭代升级与应用经验积累，生产复杂制件的塑料制造企业得以实现更高品质与更高产能。
随形冷却流道能够消除热点，避免制品发生翘曲、产生缩痕，最终缩短成型周期、降低废品率。这套先进冷却方案正在汽车、消费品、电子以及医疗器械制造领域重塑注塑生产工艺。
Mantle 公司金属膏料工艺
总部位于美国加州的 Mantle 3D Systems 推出了一种制备随形冷却流道的全新方案。Mantle 采用类似光固化成型的逐层工艺，沉积自研金属膏料，之后通过 CNC 机加工得到最终零件外形。
据 Mantle 首席执行官Kim Hayashi介绍，该技术整套体系包含金属膏料、打印机与烧结炉。“这套设备可以打印并烧结出满足模具使用要求的零件品质，能够大幅缩短成型周期，既提升注塑机设备利用率，又改善注塑制品质量。”
谈及模具设计与后处理环节，她表示：“这部分依托我们的合作客户生态，生态内的模具厂可为客户提供模具设计、后处理、装配抛光以及注塑试模全套服务。”
“我们金属膏料工艺在操作与安全层面具备优势，生产无需洁净车间，操作人员也不需要穿戴无尘服，只需要配备基础个人防护用品。另一大优势是冷却流道直接打印为中空结构，内部不会留存粉末，无需清理排粉。”
软件层面，冷却流道不由 Mantle 软件建模。“由模具设计师在 CAD 软件中完成冷却流道设计。导入 CAD 文件后，我方软件自动完成 CAD/CAM 刀路规划，将冷却流道整合进打印流程，省去传统流道钻孔、堵孔所需的额外工时与调试工作。”
Mantle 的工艺不需要支撑材料，因此建议采用泪滴形、狗屋形或者菱形截面，以获得最光洁的内表面。“也可以打印圆形流道，但流道内壁粗糙度会略高，反而会在冷却水路内部形成强湍流。”
在近期一个电动汽车电池零部件项目中，Mantle 技术被用于打印模具的冷却流道镶件。密歇根州合作企业 Elite Mold & Engineering 与 PCS 公司制作了一套 12 英寸 ×12 英寸小批量试产模具，将增材制造镶件装配在传统机加工模架内。该线束零件尺寸为 3¼ 英寸 ×4¼ 英寸，零件带有深而窄的加强筋，打印好的镶件直接嵌入标准模架即可。
Mantle 工艺可实现 13 μm Ra 的表面粗糙度，零件公差可达每英寸 ±0.001 英寸。“该通用公差可适配各类几何结构。部分几何形态稳定的客户，通过进一步优化收缩与缩放参数，还可以实现更高精度。Mantle 技术专为塑料注塑模具开发，帮助客户缩短交付周期，加快产品上市。”
3D Systems 粉末打印平台
3D Systems 的高精度粉末打印平台，是制备注塑模具复杂随形冷却流道的另一套方案。
该公司直接金属 3D 打印（DMP）平台采用高品质金属粉末，严格控制低氧环境，产出可投入实际使用的认证模具镶件。
3D Systems 技术专员、高级应用工程师科林・布莱恩介绍：“随形冷却流道设计方面，我们与软件厂商 Oqton 合作，使用 3DXpert 开展设计。该软件可在 3D 镶件模型内生成随形冷却水路，使水路到零件表面距离保持一致，让整个制件冷却更加高效均匀。”
对比传统机加工镶件，打印镶件的生产周期更短、成本更低。
“打印时长完全取决于模型尺寸、复杂程度、所需表面质量以及所用金属材料。” 布莱恩解释道，“通常一件镶件的 3D 打印耗时 13 天，再花 12 天完成后处理得到成品。注塑镶件常用材料为马氏体时效钢与不锈钢，也可选用铝合金、因科镍合金、钛合金等 3D 打印材料。”
这类采用其他加工手段无法制备的镶件，能够缩短冷却时间、提升成品良率，同时降低注塑压力，延长模具使用寿命。
实际应用成效
两家 3D Systems 客户已经切实体会到随形冷却技术带来的收益。
B&J Specialty 将冷却周期由 60 秒缩短至 40 秒；冷却温度波动降低 86%；注塑压力下降，模具寿命得到延长；制品能够持续满足严苛质量标准。
Bastech 公司采用 3D 打印镶件，耗时仅两天；省去电火花加工与钻孔工序；型芯温度显著下降；成型周期缩短 22%。
根据 3D Systems 随形冷却专题网页的数据：使用 3D 打印模具镶件的注塑企业，成型周期最高提速 70%；设计周期提速 75%；模具整体温差下降 86%；生产工时减少 50%；模具制造成本降低 16%；企业利润提升 55%。
行业展望
随着增材制造技术持续迭代，随形冷却工艺会在更多注塑产线落地应用。缩短周期、提升制件品质、降低废品率、加快产品上市，多重优势加持下，3D 打印随形冷却流道将成为制造企业在竞争日趋激烈的市场中，实现提效降本的重要竞争手段。