积层制造异型水路镶件之设计与效能验证

水路设计对于塑胶成型的模温差与翘曲的影响甚为重要，而以积层制造／3D打印方式制造的异型水路能够改善传统水路的缺点，包括降低热点温度、减少制程周期时间等。

但异型水路制作成本较高，需要搭配精确的模拟分析以提高应用普及度。本研究建立一测试系统，监控模具温度场及流场，并根据实际热传效能来辅助模型建立与参数设定，提高异型水路的设计效能。

原始水路设计材料为铍铜，虽具有高导热的优点，但有环保的疑虑，且因射出件的材料含有玻璃纤维，铍铜的耐磨性不足容易降低模具寿命，进而提高制造成本。

综合上述，将使用3D打印的方式制造另一兼具使用寿命长与优异冷却效率的模具，选用的模具材质为高硬度的不锈钢，在3D打印生产前，先使用Moldex3D模拟结果协助客户判断模具的特定关键区域是否达到预期，评估项目包括温度分布及异型水路的流场效能，。

分析完成后，由水路的速度模拟结果可知，出水口流速约84.35cm/s，经由换算得到流量为3.97L/min，而实际测量的流量值为3.80L/min，两者结果相当接近。

实验进一步使用热像仪纪录模具升温过程的温度分布。由比较温度结果可知，模拟与实际测试的结果一致，呈现相同的分布趋势，且随时间增加，温度分布逐渐趋于均匀。

将热像仪测得的数据制成温度曲线并与模拟结果比较，如所示，趋势基本上相符，只是在前期的数值上有些误差，若以最后一秒的温度来比较，实验与模拟的温差约为1.3°C。

比较原始设计的铍铜材质与优化设计的不锈钢材质，尽管不锈钢的热传效果未及铍铜，但异型水路设计弥补了这个缺点。此外，不锈钢高硬度的性质大幅提升了模具的耐磨性，延长模具寿命。经由客户端测试，模具在相同的周期时间可达到相同的冷却效果，且优化设计后的模温变得更均匀，而均匀的温度分布可减少产品因模温差造成的翘曲。

本研究利用Moldex3D预测异型水路的温度场与流场，并与实际现场数据进行验证，成功将高成本的铍铜模具替换为制造成本更低的不锈钢模具。

不仅降低对环境的影响，模具寿命更提升至原来的两倍，同时使模具的温度分布更加均匀。由于高端产品的开发难度和模具成本较高，Moldex3D模流分析在模具开发与优化方面提供了重要支持，能有效缩短开发时程，降低开发失误，并提升整体效率。