積層製造異型水路鑲件之設計與效能驗證

水路設計對於塑膠成型的模溫差與翹曲的影響甚為重要，而以積層製造／3D列印方式製造的異型水路能夠改善傳統水路的缺點，包括降低熱點溫度、減少製程週期時間等。

但異型水路製作成本較高，需要搭配精確的模擬分析以提高應用普及度。本研究建立一測試系統，監控模具溫度場及流場，並根據實際熱傳效能來輔助模型建立與參數設定，提高異型水路的設計效能。

原始水路設計材料為鈹銅，雖具有高導熱的優點，但有環保的疑慮，且因射出件的材料含有玻璃纖維，鈹銅的耐磨性不足容易降低模具壽命，進而提高製造成本。

綜合上述，將使用3D列印的方式製造另一兼具使用壽命長與優異冷卻效率的模具，選用的模具材質為高硬度的不鏽鋼，在3D列印生產前，先使用Moldex3D模擬結果協助客戶判斷模具的特定關鍵區域是否達到預期，評估項目包括溫度分布及異型水路的流場效能，。

分析完成後，由水路的速度模擬結果可知，出水口流速約84.35cm/s，經由換算得到流量為3.97L/min，而實際測量的流量值為3.80L/min，兩者結果相當接近。

實驗進一步使用熱像儀紀錄模具升溫過程的溫度分布。由比較溫度結果可知，模擬與實際測試的結果一致，呈現相同的分布趨勢，且隨時間增加，溫度分布逐漸趨於均勻。

將熱像儀測得的數據製成溫度曲線並與模擬結果比較，如所示，趨勢基本上相符，只是在前期的數值上有些誤差，若以最後一秒的溫度來比較，實驗與模擬的溫差約為1.3°C。

比較原始設計的鈹銅材質與優化設計的不鏽鋼材質，儘管不鏽鋼的熱傳效果未及鈹銅，但異型水路設計彌補了這個缺點。此外，不鏽鋼高硬度的性質大幅提升了模具的耐磨性，延長模具壽命。經由客戶端測試，模具在相同的週期時間可達到相同的冷卻效果，且優化設計後的模溫變得更均勻，而均勻的溫度分布可減少產品因模溫差造成的翹曲。

本研究利用Moldex3D預測異型水路的溫度場與流場，並與實際現場數據進行驗證，成功將高成本的鈹銅模具替換為製造成本更低的不鏽鋼模具。

不僅降低對環境的影響，模具壽命更提升至原來的兩倍，同時使模具的溫度分布更加均勻。由於高階產品的開發難度和模具成本較高，Moldex3D模流分析在模具開發與優化方面提供了重要支持，能有效縮短開發時程，降低開發失誤，並提升整體效率。