3D水路设计之基本思路及方法

前言

在我们使用金属3D工艺列印模具时，3D水路应该如何去设计，是一个我们首先需要解决的问题。在此，我们根据我们多年的应用经验总结了一些基本思路和方法以供大家参考。

确认3D 水路的设计范围

因水路是针对成型产品实施冷却，因此原则上只需在模仁中的产品范围部分设计3D 水路。非产品范围的模仁配合部无需设计3D 水路。

水路布局原则和方法

原则1：水路冷却范围尽量充分且均匀

不均匀和不充分的冷却会导致产品冷却不均，从而导致产品外观和尺寸的缺陷。为避免产品外观和尺寸出现缺陷，可采用下列方法：
1.水路尽可能覆盖所有需要冷却的部位。
2.水路距产品面距离保持一致，确保均匀的冷却。
3.水路间距保持一致。
4.水路直径保持一致。

原则2：水路流程长度尽量缩短

当水路流程越长，侧壁对流速的削弱就越大，而水路的循环周期越长，也会使得换热效率降低，进而影响水路的冷却效果。为避免上述情形，可采用下列方法：
1.减少多余的水路布局及层数。
2.流程较长的水路拆分成两组。

原则3：水路的压力尽量减小

截面只要有变化，就有压力损失，速度也会下降。若水路中有低于90度的拐角，将会使水路流速大幅度缩减，削弱水路冷却效果；而当水路中每增加一个拐角，就会增加一个局部阻力，进而降低水路流速，削弱冷却效果。为避免冷却效果被削弱，在进行水路布局时应注意下列几点：
1.水路拐角角度尽量大于90度。
2.水路拐角数量尽量缩减

图1：提供参考用的水路尺寸设计参考标准

原则4：零件的列印成本尽量缩减

在实现同样冷却效果的前提下，尽量帮客户缩减零件需要列印的体积，进而实现缩减零件列印时间和费用的目的。为达成缩减列印时间和费用之目的，我们可以仅在产品面处设计3D 水路，而非产品处则尽量设置为传统水路样式。

水路布局构线方法：

我们实际设计水路时，通常是首先作出水路的中心线。水路的中心线的构线方法具体有以下三种。

偏置曲线法

此方法主要应用于有大量顶针孔的Core模仁。由于水路需要绕开这些顶针孔位幷和孔位保持相同的距离，所以我们利用偏移顶针的轮廓来制作出水路的中心线（见图2）。

图2：偏置曲线法（图片中的棕色标记面为产品面）

抽取曲面法

此方法主要应用于有大范围曲面型产品面的模仁。制作水路中心线时，我们首先偏移出曲面的产品面，然后在偏移面上构线水路，以保证水路各个部位距产品的距离相同（见图3）。

图3：抽取曲面法（图片中的棕色标记面为产品面）

砍切法

为使水路的布局全面、均匀，将产品范围均等的砍切成一个个平面，然后在这些平面上构线的方法（见图4）。

图4：砍切法（图片中的棕色标记面为产品面）

检查

水路是否连贯畅通？

水路设计过程中，可能会有断线/ 错位/ 片体残留等情况存在，这些情况会导致实际列印完成的零件内部水路是不连通的/ 闭塞的，导致零件报废。

水路距模型内外壁距离是否均匀一致？

不均匀的水路布局会导致不均的产品冷却收缩，导致产品变形及外观不良等问题。

水路的截面积是否一致？

水路的流量受限于水路内部最小的截面积。如局部截面积变小，会使整个水路的流量随之减少，影响冷却效率。

结语

3D 水路设计中需要考虑的问题还有很多，包括模仁的强度、水路截面的形状等，此文侧重介绍了基本的思路及几种构线方法，希望能对大家面对模仁设计3D 水路时有一个启发的方向。