应用随形冷却流道和晶格结构优化《赛车总动员》玩具汽车模具

谁没有看过电影《赛车总动员》？家里有孩子的人应该都会对电影中的角色略知一二，甚至在你家里就有一个类似的汽车玩具。 Smoby是法国最大的玩具制造商，它通过提供 “闪电麦昆车”的周边特色玩具，让孩子们的梦想成真。

Smoby把它的一些玩具交由IPC生产，IPC是一家研究中心，在3D打印技术方面具有丰富的专业知识。为了生产小型“闪电麦昆车”，IPC决定采用能够精确遵循汽车形状的冷却通道，并利用晶格结构进行减重，打印出性能比以往更好的金属模具。

闪电麦昆车的金属3D打印模具，图片由IPC提供

目标：结合专业的设计和仿真技术加速生产流程

步骤（一）随形冷却流道
对于客户Smoby ，IPC非常重视，在进行小车模具生产时，他们考虑到：如果玩具汽车使用直形冷却通道，则靠近通道的部分冷却速度更快，整个小车的冷却就需要更长时间。此外，变形的风险也会更高。

因此，他们选择与Materialise合作制作有3D打印随形冷却流道的模具，不仅能更快地冷却，模具质量也更轻。

“对于IPC而言，使用金属增材制造生产注塑成型模具的主要优势是可以创建随形冷却通道。这使IPC能够缩短生产周期并提高部件质量。”——Jean-Christophe Bornéat, IPC 项目经理

模具的随形冷却通道，图片由IPC提供

步骤（二）采用晶格结构减重
为了进一步优化模具性能，IPC决定用轻量化结构替代汽车模具的某些实体部分。首先使用Altair软件优化模具的拓扑结构，同时记下外表面上的压力，确定可以用晶格结构填充以实现减重的部分。然后将这些结果导入到Materialise 3-matic软件中，进行表面平滑处理，获得可以打印的3D模型。

随后，我们的设计和工程团队使用Materialise 3-matic软件设计出轻量化单元，并对表面进行网格重画使3D模型可用于FEA处理。然后，IPC运用他们专业的仿真知识对3D模型的热量和强度进行了模拟仿真，根据这些信息，我们的设计团队优化了晶格的打印参数。

模具的两个部分，已在Materialise 3-matic中

完成了拓扑优化后的处理

步骤（三）使用Build Processor软件基于切片的技术
那么既然现在轻量化单元的厚度合适、热量分布平衡，模具就可以打印了吗？

还不能。 这个具有轻量化结构的模具会导致文件变得很大，将其进行精确地切片需要花费数小时。使用Build Processor软件基于切片的技术，可以不经历STL阶段，直接在切片时处理轻量化结构。有关结构和纹理的信息将另存为元数据。这种带有元数据的文件比原STL文件小1,000到10,000倍。如果没有这种技术，玩具车模具不可能完成如此精确的切片。

Materialise 3-matic软件界面

所展示的晶格结构和冷却流道

结果：缩短50%的生产周期
玩具汽车是IPC和Materialise合作的结果，结合了IPC在FEA的专业知识与Materialise在后拓扑优化和晶格设计方面的专业知识。采用晶格结构能使模具的上面部分的材料减少12％，下面部分的材料减少24％。经过优化的模具使玩具的生产周期缩短了50％。此外，晶格结构还提高了扫描速度，更轻的重量也使生产更大尺寸的模具成为可能。

“Materialise 3-matic软件帮助我们用优化的晶格结构替换了实体部分。这种替换减少了模具的整体体积，降低了零件上的残余应力，从而缩短了打印时间，节省了成本。这种优化使IPC能够制造更大的模具，并获得更高的投资回报。”IPC的项目经理Jean-Christophe Bornéat说道。

基于这些生产优势，IPC的模具创造出了这些精美的汽车玩具。您可以在任何一个Smoby商店欣赏到这些玩具汽车！

来源：Materialise