模具设计与制造新的阶段：CAD结合CAE技术、SLM增材制造

优胜设计史勇老师

传统注塑模具的冷却水路主要采用钻孔的常规加工方法，所以，设计的注塑模具冷却水路主要是直线型。水路还受到顶出系统、抽芯机构、镶拼结构、骨位等的约束限制，因此，模具本身的结构特征也严重地制约着冷却水道的分布、大小和数量。

通过实践及理论研究，并借助模流分析软件的仿真模拟表明，更贴近塑件形状的随形水路，一方面可以大幅提升对塑料制品的冷却效率，缩短成型周期，增加产能；另一方面还可达到更加均匀的冷却效果，以降低残留应力，从而减少塑件的变形。

选择性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）加工，采用分层制造技术，用切片与计算机三维模型实体相交的轮廓信息，控制激光束按一定的扫描路径选择性地熔化各层金属粉末，逐步堆积成一个冶金结合、组织致密的金属实体。在每一层截面中，系统在切面与零件实体相交的轮廓内生成激光熔化路径，以对金属粉末进行熔化成型，激光不熔化粉床切片区域外的金属粉末。

当一个层面熔化成型完成后，工作台即下降一个层厚的高度，下降高度在0.1毫米内，此时，敷料辊又在已成型的上表面铺上一层均匀密实的金属粉末，重复进行扫描熔化成型，直到完成整个零件的成型加工。

类比数控加工路径来理解激光熔化扫描路径。数控铣削加工中，数控加工路径是用来切除毛坯比被加工零件多出的那部份工件体积，是通过减材料来制造零件；而选择性激光熔化，是利用直接针对目标零件的分层激光熔化路径，对金属粉末进行熔化来制造目标零件，是通过增材料来制造零件。

由SLM的原理可知，任何带有复杂内型内腔的零件加工，实际都变为一个平面的二维激光扫描熔化金属粉末的过程，用SLM工艺加工模具的随形冷却水路，本质就是在金属零件上加工复杂的内型内腔，而这是SLM的优势所在。用SLM工艺制造注塑模具，不受模具冷却水路复杂程度的限制，这就让工程师可以依据制品的几何形状，设计更加科学合理的随形冷却水路，而不必担心机械加工的限制。

CAD结合CAE，较好地解决了模具复杂随形水路的设计，SLM工艺解决了传统机械加工难于加工模具内部呈复杂空间曲线走势的随形水路这一技术难题。CAD结合CAE技术，再加上SLM增材制造技术，将模具设计与制造的信息化水平推向了新的阶段，呈现出十分广阔的应用价值及商业化应用前景。SLM增材制造模具，正在深刻而又革命性地改变着传统机械制造。

世界各国围绕SLM工艺扫描的路径优化及策略、金属粉末、支撑工艺、金属致密度、激光器与激光、产业化应用等这些关键热点问题持续深入地研究，必将使得这项技术日臻成熟，成本不断降低，离商业化应用越来越密切。