使用热流拓扑优化设计符合性冷却通道的增材制造及其在注塑模具中的应用

增材制造允许制造高复杂度的零件和工具。这一能力对热交换器、注塑模具及其他零件和工具的符合性冷却系统设计的传统指导原则提出了挑战。创新的设计方法，如基于网络的方法、格子结构和结构拓扑优化，已经被用来生成复杂且高效的冷却系统；然而，结合热分析和流体分析的方法仍然很少。本文介绍了一种用于符合性冷却通道设计的耦合热流拓扑优化算法。通过该方法，通道位置问题被转化为材料分布问题。材料分布直接依赖于流动阻力、热导以及强制和自然对流的影响。该问题基于纳维-斯托克斯方程与对流-扩散方程的耦合进行公式化。该问题通过基于梯度的优化来求解，分析灵敏度使用伴随方法推导。该算法导致一个二维概念设计，具有最佳的热传递和流量平衡。概念设计被转换为三维通道，并映射到与注入部件吻合的形态表面。该方法应用于为一个实际的三维注塑模具设计最佳的符合性冷却。最终设计的可行性通过仿真验证。最终设计可以作为三维图形和表面网格CAD格式导出，为制造部门提供便利以运行工具路径进行最终配合.