模具，工業(yè)生產(chǎn)上用以注塑、吹塑、擠出、壓鑄或鍛壓成型、冶煉、沖壓等方法得到所需產(chǎn)品的各種模子和工具，素有“工業(yè)之母”的稱號。我國模具行業(yè)目前處于中低端水平，高端模具的生產(chǎn)仍然以德國、日本等國家為主，利用增材制造技術(shù)賦能模具行業(yè)發(fā)展，將大大助力我國進(jìn)入高端模具制造國的行列。

模具通過3D打印技術(shù)，可以大大縮短整個產(chǎn)品的開發(fā)周期,并成為驅(qū)動創(chuàng)新的源頭。通過降低模具的生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，能夠使模具制造周期跟上產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的步伐，使企業(yè)能夠承受得起模具更加頻繁的更換與改善周期。

3D打印模具應(yīng)用的核心是隨形水路的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，相比傳統(tǒng)的直通型水路，模具的隨形水路設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)任意形狀的冷卻通道，極大降低冷卻時間，縮短開模周期，生產(chǎn)效率平均可以提高35%以上。并且，隨形水路的設(shè)計(jì)可以使整個模腔內(nèi)溫度梯度分布更加均勻，因此效率提升的同時，模具產(chǎn)品翹曲、變形、飛邊等問題都可以避免，產(chǎn)品良品率也可以大大提高。

• 傳統(tǒng)水路：傳統(tǒng)的模具冷卻通道通過二次加工實(shí)現(xiàn)，交叉鉆孔插管，然后內(nèi)置流體插頭來調(diào)整流速和方向，模具冷卻效率低，有時還需要把模具進(jìn)行切分再組合，來預(yù)留水路；

• 3D打印隨形水路：水路設(shè)計(jì)師需要根據(jù)熱源部位、冷卻效果、流阻和打印風(fēng)險(xiǎn)等多種因素的制約進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過CAD軟件建模。根據(jù)模型難易程度不同，工程師完成水路設(shè)計(jì)方案往往需要幾個小時甚至更長的設(shè)計(jì)時間。并且，隨著3D打印模具應(yīng)用越來越廣泛，隨形水路設(shè)計(jì)師的需求以及現(xiàn)有設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)產(chǎn)能的瓶頸對行業(yè)發(fā)展的制約越發(fā)凸顯；

在模具增材制造領(lǐng)域資深的專家和工程師的配合下，通過對增材模具設(shè)計(jì)工作流程的詳細(xì)調(diào)研和分解，結(jié)合創(chuàng)成式設(shè)計(jì)算法的優(yōu)勢，經(jīng)過長時間的技術(shù)研究和攻堅(jiān)，安世亞太開發(fā)完成了隨形水路自動設(shè)計(jì)算法。

創(chuàng)成云隨形水路，可以在僅輸入基礎(chǔ)條件下，一鍵自動生成隨形水路，極大程度提高了水路設(shè)計(jì)的效率，將模具和相關(guān)企業(yè)設(shè)計(jì)以及產(chǎn)能推向新的高度。

創(chuàng)成云的隨形水路自動生成模塊，可以通過云端上傳模型，平臺智能快速全面解析三維數(shù)據(jù)，允許工程師根據(jù)設(shè)計(jì)需求編輯和調(diào)整技術(shù)參數(shù)，定義好設(shè)計(jì)參數(shù)后，平臺將由AI自動算法完成水路設(shè)計(jì)工作，取代傳統(tǒng)人工繪制水路的設(shè)計(jì)方式，快速生成隨形水路方案，交互界面可以展示整個自動化水路生成過程。

程序允許用戶對設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和修改，以及對計(jì)算生成的結(jié)果進(jìn)行下載和再編輯，整個計(jì)算分析過程根據(jù)模型數(shù)據(jù)大小、水路復(fù)雜程度、網(wǎng)速等因素，自動水路生成時間是以秒或者分鐘計(jì)算。

圖2 模具隨形水路自動設(shè)計(jì)操作流程

經(jīng)過我們的實(shí)際驗(yàn)證，隨形水路自動設(shè)計(jì)算法能夠?qū)崿F(xiàn)單條和多條水路自動設(shè)計(jì)、依據(jù)模具和膠位面形狀自動變徑變截面的水路設(shè)計(jì)、特殊模具需要長直段非隨形水路設(shè)計(jì)以及適用嫁接打印模具應(yīng)用等情況，可以滿足注塑模具、壓鑄模具80%以上的水路設(shè)計(jì)要求，對各種模具樣式均具有普適性。

在增材模具制造領(lǐng)域，除了水路設(shè)計(jì)是個耗時的工作之外，通過對工作流程的詳細(xì)分析也可以看到，很多情況需要針對設(shè)計(jì)的隨形水路做仿真分析，提供模流分析報(bào)告給最終用戶，以對比驗(yàn)證隨形水路和傳統(tǒng)水路優(yōu)劣、以及不同隨形水路設(shè)計(jì)方案的選擇。

但是，模流分析相對水路設(shè)計(jì)，對技術(shù)要求更高，且是一個更加耗時的過程，以一般水路設(shè)計(jì)時間是半天時間對比，模流分析需要1到3天甚至更久。創(chuàng)成云SaaS平臺提供輕量化的快速仿真分析工具，仿真時間與自動化水路設(shè)計(jì)時間相當(dāng)，給設(shè)計(jì)師提供快速仿真結(jié)果支持。目前，我們支持隨形水路的流速、壓力以及溫度場等關(guān)鍵信息快速仿真，能夠在水路設(shè)計(jì)之后進(jìn)行輔助驗(yàn)證，及時看到仿真結(jié)果，加快設(shè)計(jì)迭代優(yōu)化速度。

圖4 模具隨形水路快速仿真分析過程

隨形水路自動設(shè)計(jì)工具通過設(shè)計(jì)能力以及設(shè)計(jì)效率的大大提升，能夠給模具增材以及相關(guān)企業(yè)帶來巨大價值，比如水路設(shè)計(jì)時間可以從之前的半天縮短到10分鐘，給客戶提供解決方案時間縮短到半天甚至更短。隨著增材制造在模具市場的接受度不斷加深、應(yīng)用不斷擴(kuò)大，伴隨著創(chuàng)成云對模具隨形水路設(shè)計(jì)瓶頸的突破和加持，增材制造在模具行業(yè)的滲透率將會逐漸提高。