随形冷却水道截面形状的设计既包括具体的尺寸设计又包括形状设计,二者是相互关联的,设计时需要结合在一起考虑。3D打印的冷却水道的形状可以任意变化,既可以是整体上U形截面、圆形截面和椭圆形截面等的形状变化,也可以是局部区域的形状变化,如空间限制、不同结构间存在干涉的区域等。
在相同冷却水流量,及相同截面面积的前提下,圆形截面的传热边界最小,但选用圆形截面,可以较为准确地借鉴传统注塑模具冷却水道的设计经验,可以更好地控制模具壁面温度。圆形截面的管道也较为适于SLM的成型工艺,圆形截面不存在锐利尖角,减小了边角处的热应力积累,避免注塑时因应力集中造成模具损坏。所以,冷却水道的截面应优先选用圆形截面。若需采用特殊的截面,设计时,截面的上端不宜设计成平直状,可采用半径较小的半圆弧替代,否则,上表面打印成型时易出现多余的悬挂物。随形冷却水道内部结构的设计传统的冷却水道为光滑管道,采用3D打印制造的随形冷却模具可以改变冷却水道的内部结构。在传热学中,换热器采用异型管可以增加冷却水在管内的扰动,对传热有促进作用,常用螺旋槽纹管、缩放管、波纹管、横纹管和螺旋扁管等特殊管来提高换热效率,因此,若随形冷却采用具有一定内部结构的异型管道,无疑对传热有促进作用。
此处仅以横纹管为例,其内部结构可以提高随形冷却的传热效果,这是由于管道内部存在微细凸起结构,增大了管道壁面的传热面积,增大了冷却水的扰动,这种扰动在管径较小时显得更加强烈。具有横纹结构的冷却水道传热效率得到明显提高,冷却水道内部的冷却水之间的热量交换增多,冷却并不局限于靠近型腔壁面那一侧冷却管壁的冷却水。具有内部结构的随形冷却水道会增加冷却水的流动阻力,因此,凸起不宜设计得过大、过密。