瓶蓋是食品藥品包裝中重要的一環，也是消費者最先與產品接觸的地方，而瓶蓋具有保持產品密封性與穩定品質的特性，還具有防盜開啟及安全性方面的功能，因此廣泛的應用在有內容物之瓶裝產品上，所以瓶蓋為食品，飲料，藥品，酒，制藥業的上游產業，是塑料瓶容器包裝之關鍵性產品。瓶蓋產品市場的需求穩定，并且呈現出逐年上升的趨勢，塑料瓶蓋的質量穩定，市場占比也逐漸提升。
精致、個性、獨特造型，注塑瓶蓋何去何從？
瓶蓋的發展早期是使用軟木材質，旋鐵蓋等。至今續開發出鋁質的長頸鋁蓋，碳酸飲鋁蓋，熱充填鋁蓋，注射液鋁蓋，藥蓋，塑膠瓶蓋等產品。鋁蓋雖有部份為塑蓋取代，但主要應用于酒及機能性飲，需求穩定成長，而爪蓋的需求比則變動大，塑料蓋的需求穩中有升。由于瓶蓋為包裝工業之重要一環，下游消費市場需求強的變化，將直接影響到對瓶蓋的市場需求。
在產品質量與外形要求日益嚴苛的當下，小如瓶蓋也要做到精致、美觀、獨樹一幟，那么勢必對瓶蓋的生產技術造成沖擊，如何在保障質量的同時提高生產效率，成為了瓶蓋模具制造的技術難題。
瓶蓋有兩種制作工藝，分別為：注塑成型與壓鑄成型。注塑蓋生產工藝生產流程：吸料機將混合好的材料吸入注塑機炮筒，在炮筒內加熱到熔融塑化狀態后，注射到模具型腔中，在型腔中冷卻定型、脫模、再經過切環加墊，完成注塑生產。而壓塑蓋生產工藝為：吸料機將混合好的材料吸入注塑機炮筒，在炮筒內加熱到半熔融塑化狀態后，定量擠出到模具型腔內，上下模具合模，壓塑并冷卻定型、脫模、再經過切環加墊，完成注塑生產。
從瓶蓋的的兩種制作工藝我們不難看出，其中都存在最重要的一環，冷卻定型。產品成型離不開冷卻成型，因此冷卻水路系統是瓶蓋產品制作的關鍵所在。
而冷卻水路是模具的重要組成部分。瓶蓋質量好壞，速度快慢，大多取決于冷卻水路。
傳統制模中，冷卻水路一般通過CNC加工方式，冷卻水路只能通過銑床鉆孔的方式加工產生內部水路網絡，并通過內置止水栓和外置堵頭的方式來調整水路流向。這樣就導致水路布置有很大的局限性，水路只能為圓柱形直孔，無法百轉環繞于模具內腔之中。當遇見形狀復雜的模具產品時，傳統水路無法完全貼近注塑件表面，冷卻效率低且冷卻不均勻，導致注塑周期長、產品變形量大。
圖1：傳統水路3D模型圖
在最開始生產飲料等塑膠蓋與爪蓋時，傳統水路還是能夠勝任的，但隨著產品包裝造型越發復雜，瓶蓋的形狀也越來越獨特，形體凹凸不平，導致傳統水路的冷卻作用捉襟見肘。
新征程：3D打印獲取創新的契機
但隨著3D打印技術的發展，特別是金屬3D打印（SLM，選擇性激光燒結）技術發展至今已經相當成熟，SLM技術現在已廣泛應用于航空航天、醫療制造業中。在航空航天領域，GE用驗證機對35%的3D打印零部件進行了驗證、C919對3D打印件進行的大規模使用。
而瓶蓋模具技術，也因為3D打印迎來了新生。3D打印技術又稱為增材制造，是一種采用材料逐層累加的方法制造實體零件的技術，相對于傳統的材料去除——削切加工技術，增材制造是一種“從無到有”的制造方式。
針對化妝品瓶蓋造型，通過這種逐層累加的3D打印技術，可以制造出一種無所不能的冷卻水路——隨形水路，它可根據產品輪廓的變化而變化，到達模腔任何地方，模具內部將無任何冷卻盲點。（如下圖）
圖2：隨形水路3D模型圖及側截面圖
運用這種水路，它可以使瓶蓋能加快冷卻速度，縮短產品的成型周期，此外，冷卻均衡，減少產品缺陷，提高產品良率。
然而這種技術的革新，真的能給企業帶來如此優勢？很多人保持著觀望的態度。杭州博型科技，（以下簡稱：博型科技）是一家3D打印應用技術開發與服務的科技公司，博型科技致力于注塑模具前沿技術的研究與開發，率先對這種技術做出了研究。
針對目前化妝品瓶蓋模具的兩種水路：傳統水路與隨形水路，博型科技的模流分析師使用Autodesk Moldflow軟件分析出化妝品瓶蓋在兩種水路中的：鑲件溫度、冷卻時間、模溫狀態等數據。從而得出隨形水路是否真的擁有奇效。
案例分析——化妝品瓶蓋
項目難點：熱流道倒裝設計空間受限，導致傳統水路無法實現，此外產品成型周期過長，產品澆口處易燙傷。博型科技設計師將公模仁鑲件采用3D打印實現隨形冷卻，熱嘴套鑲件走隨形水路，在產品材質上使用3D打印專用金屬粉末EM191不銹鋼進行打印。
在隨形水路形成后，將應用隨形水路與傳統水路的數據進行模流對比：
模流分析圖：
圖3：化妝品瓶蓋傳統水路與隨形水路鑲件溫度對比圖
從模流分析圖上顯示：化妝品瓶蓋頂部溫度最高，應用傳統水路鑲件溫度最高94.81℃，而應用隨形水路鑲件溫度最高62.17℃，隨形水路比傳統水路鑲件溫度低34.4%（32.6℃）。從上述的模流分析數據我們不難得出結論：應用隨形水路能夠使模具頂出時溫度更低，有利于縮短零件頂出時間。
圖4：化妝品瓶蓋傳統水路與隨形水路冷卻時間對比圖
產品的冷卻時間與產品的頂出成型時間有著直接關系，從圖2的數據表明，應用傳統水路化妝品瓶蓋的冷卻時間需21.71s，而隨形水路僅需要6.07s，單個瓶蓋的時間就可以縮短72%（15.64s），可想而知，化妝品瓶蓋制造商使用應用了隨形水路的模具時，瓶蓋的產出速度，成型周期將會是多么快，這為制造商帶來多大的經濟效益。
圖5：化妝品瓶蓋傳統水路與隨形水路模溫周期對比圖
圖3是化妝品瓶蓋的模溫周期圖，它代表著產品平均表面溫度變化，X軸為時間，Y軸為溫度，從圖中的曲線示意圖我們可以很清晰的看出，隨形水路模溫比較溫度，而且隨著時間的推移，有一個下降的過程，然而傳統水路的模溫一直較高且隨著時間一直升高。
圖6：應用傳統水路澆口處明顯燙傷 圖7：隨形水路澆口處無燙痕，產品合格
圖5、圖6分分別是化妝品瓶蓋實際產品圖，因為傳統水路無法完全覆蓋到模具型腔之中，而化妝品瓶蓋的頂部正是傳統水路無法到達的區域，所以當產品冷卻不均衡，頂部溫度過高，非常容易造成澆口燙傷，而隨形水路運用3D打印技術，可以將水路遍布模具型腔的任意位置，因此冷卻均衡，很好的避免了這個問題。
從隨形水路與傳統水路的幾組模流分析對比圖上，我們可以很清晰的了解到化妝品瓶蓋生產過程中的鑲件溫度、冷卻時間、模溫周期各自是怎么樣的一個變化。從這場分析中我們可以總結以下幾點：
1、根據注塑件形狀復雜程度，可降低冷卻時間20%至50%；
2、根據注塑件形狀，可減少變形量15%至90%；
3、模具成本略有增加，但綜合注塑產能、良品率等因素，最終效益大幅提高；
4、隨形水路應用范圍廣，可用于多數注塑件的冷卻優化。
3D打印技術的應用，不僅僅在航天航空等高科技領域，技術下沉，注塑瓶蓋與3D打印技術的結合，當實體制造業遇見高科技技術，它給你帶來的確是實實實在在的經濟效益。而當下面對越來越復雜的材料、設計、產品，企業如果再不進行升級轉型，提升自己，難免就會被時代所淘汰。而3D打印的隨形水路在化妝品瓶蓋的應用，無論是生產效率或是產品質量，都帶來了意想不到的驚喜。
如果您也有隨形水路設計開發需要，可以聯系我們杭州博型科技，我們提供一站式3D建模設計打印。
