瓶盖是食品药品包装中重要的一环，也是消费者最先与产品接触的地方，而瓶盖具有保持产品密封性与稳定品质的特性，还具有防盗开启及安全性方面的功能，因此广泛的应用在有内容物之瓶装产品上，所以瓶盖为食品，饮料，药品，酒，制药业的上游产业，是塑料瓶容器包装之关键性产品。瓶盖产品市场的需求稳定，并且呈现出逐年上升的趋势，塑料瓶盖的质量稳定，市场占比也逐渐提升。
精致、个性、独特造型，注塑瓶盖何去何从？
瓶盖的发展早期是使用软木材质，旋铁盖等。至今续开发出铝质的长颈铝盖，碳酸饮铝盖，热充填铝盖，注射液铝盖，药盖，塑胶瓶盖等产品。铝盖虽有部份为塑盖取代，但主要应用于酒及机能性饮，需求稳定成长，而爪盖的需求比则变动大，塑料盖的需求稳中有升。由于瓶盖为包装工业之重要一环，下游消费市场需求强的变化，将直接影响到对瓶盖的市场需求。
在产品质量与外形要求日益严苛的当下，小如瓶盖也要做到精致、美观、独树一帜，那么势必对瓶盖的生产技术造成冲击，如何在保障质量的同时提高生产效率，成为了瓶盖模具制造的技术难题。
瓶盖有两种制作工艺，分别为：注塑成型与压铸成型。注塑盖生产工艺生产流程：吸料机将混合好的材料吸入注塑机炮筒，在炮筒内加热到熔融塑化状态后，注射到模具型腔中，在型腔中冷却定型、脱模、再经过切环加垫，完成注塑生产。而压塑盖生产工艺为：吸料机将混合好的材料吸入注塑机炮筒，在炮筒内加热到半熔融塑化状态后，定量挤出到模具型腔内，上下模具合模，压塑并冷却定型、脱模、再经过切环加垫，完成注塑生产。
从瓶盖的的两种制作工艺我们不难看出，其中都存在最重要的一环，冷却定型。产品成型离不开冷却成型，因此冷却水路系统是瓶盖产品制作的关键所在。
而冷却水路是模具的重要组成部分。瓶盖质量好坏，速度快慢，大多取决于冷却水路。
传统制模中，冷却水路一般通过CNC加工方式，冷却水路只能通过铣床钻孔的方式加工产生内部水路网络，并通过内置止水栓和外置堵头的方式来调整水路流向。这样就导致水路布置有很大的局限性，水路只能为圆柱形直孔，无法百转环绕于模具内腔之中。当遇见形状复杂的模具产品时，传统水路无法完全贴近注塑件表面，冷却效率低且冷却不均匀，导致注塑周期长、产品变形量大。
图1：传统水路3D模型图
在最开始生产饮料等塑胶盖与爪盖时，传统水路还是能够胜任的，但随着产品包装造型越发复杂，瓶盖的形状也越来越独特，形体凹凸不平，导致传统水路的冷却作用捉襟见肘。
新征程：3D打印获取创新的契机
但随着3D打印技术的发展，特别是金属3D打印（SLM，选择性激光烧结）技术发展至今已经相当成熟，SLM技术现在已广泛应用于航空航天、医疗制造业中。在航空航天领域，GE用验证机对35%的3D打印零部件进行了验证、C919对3D打印件进行的大规模使用。
而瓶盖模具技术，也因为3D打印迎来了新生。3D打印技术又称为增材制造，是一种采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除——削切加工技术，增材制造是一种“从无到有”的制造方式。
针对化妆品瓶盖造型，通过这种逐层累加的3D打印技术，可以制造出一种无所不能的冷却水路——随形水路，它可根据产品轮廓的变化而变化，到达模腔任何地方，模具内部将无任何冷却盲点。（如下图）
图2：随形水路3D模型图及侧截面图
运用这种水路，它可以使瓶盖能加快冷却速度，缩短产品的成型周期，此外，冷却均衡，减少产品缺陷，提高产品良率。
然而这种技术的革新，真的能给企业带来如此优势？很多人保持着观望的态度。杭州博型科技，（以下简称：博型科技）是一家3D打印应用技术开发与服务的科技公司，博型科技致力于注塑模具前沿技术的研究与开发，率先对这种技术做出了研究。
针对目前化妆品瓶盖模具的两种水路：传统水路与随形水路，博型科技的模流分析师使用Autodesk Moldflow软件分析出化妆品瓶盖在两种水路中的：镶件温度、冷却时间、模温状态等数据。从而得出随形水路是否真的拥有奇效。
案例分析——化妆品瓶盖
项目难点：热流道倒装设计空间受限，导致传统水路无法实现，此外产品成型周期过长，产品浇口处易烫伤。博型科技设计师将公模仁镶件采用3D打印实现随形冷却，热嘴套镶件走随形水路，在产品材质上使用3D打印专用金属粉末EM191不锈钢进行打印。
在随形水路形成后，将应用随形水路与传统水路的数据进行模流对比：
模流分析图：
图3：化妆品瓶盖传统水路与随形水路镶件温度对比图
从模流分析图上显示：化妆品瓶盖顶部温度最高，应用传统水路镶件温度最高94.81℃，而应用随形水路镶件温度最高62.17℃，随形水路比传统水路镶件温度低34.4%（32.6℃）。从上述的模流分析数据我们不难得出结论：应用随形水路能够使模具顶出时温度更低，有利于缩短零件顶出时间。
图4：化妆品瓶盖传统水路与随形水路冷却时间对比图
产品的冷却时间与产品的顶出成型时间有着直接关系，从图2的数据表明，应用传统水路化妆品瓶盖的冷却时间需21.71s，而随形水路仅需要6.07s，单个瓶盖的时间就可以缩短72%（15.64s），可想而知，化妆品瓶盖制造商使用应用了随形水路的模具时，瓶盖的产出速度，成型周期将会是多么快，这为制造商带来多大的经济效益。
图5：化妆品瓶盖传统水路与随形水路模温周期对比图
图3是化妆品瓶盖的模温周期图，它代表着产品平均表面温度变化，X轴为时间，Y轴为温度，从图中的曲线示意图我们可以很清晰的看出，随形水路模温比较温度，而且随着时间的推移，有一个下降的过程，然而传统水路的模温一直较高且随着时间一直升高。
图6：应用传统水路浇口处明显烫伤 图7：随形水路浇口处无烫痕，产品合格
图5、图6分分别是化妆品瓶盖实际产品图，因为传统水路无法完全覆盖到模具型腔之中，而化妆品瓶盖的顶部正是传统水路无法到达的区域，所以当产品冷却不均衡，顶部温度过高，非常容易造成浇口烫伤，而随形水路运用3D打印技术，可以将水路遍布模具型腔的任意位置，因此冷却均衡，很好的避免了这个问题。
从随形水路与传统水路的几组模流分析对比图上，我们可以很清晰的了解到化妆品瓶盖生产过程中的镶件温度、冷却时间、模温周期各自是怎么样的一个变化。从这场分析中我们可以总结以下几点：
1、根据注塑件形状复杂程度，可降低冷却时间20%至50%；
2、根据注塑件形状，可减少变形量15%至90%；
3、模具成本略有增加，但综合注塑产能、良品率等因素，最终效益大幅提高；
4、随形水路应用范围广，可用于多数注塑件的冷却优化。
3D打印技术的应用，不仅仅在航天航空等高科技领域，技术下沉，注塑瓶盖与3D打印技术的结合，当实体制造业遇见高科技技术，它给你带来的确是实实实在在的经济效益。而当下面对越来越复杂的材料、设计、产品，企业如果再不进行升级转型，提升自己，难免就会被时代所淘汰。而3D打印的随形水路在化妆品瓶盖的应用，无论是生产效率或是产品质量，都带来了意想不到的惊喜。
如果您也有随形水路设计开发需要，可以联系我们杭州博型科技，我们提供一站式3D建模设计打印。
