瓶蓋是食品藥品包裝中的重要一環(huán)，也是消費(fèi)者最先與產(chǎn)品接觸的地方，而瓶蓋具有保持產(chǎn)品密封性與穩(wěn)定品質(zhì)的特性，以及有防盜開啟及安全性方面的功能，被廣泛應(yīng)用在有內(nèi)容物的瓶裝產(chǎn)品上，所以瓶蓋為食品、飲料、藥品、酒、制藥業(yè)的上游產(chǎn)業(yè)，是塑料瓶容器包裝的重要零部件。瓶蓋產(chǎn)品市場需求穩(wěn)定，并且呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢；塑料瓶蓋質(zhì)量穩(wěn)定，市場占比也逐漸提升。
精致、個性、獨(dú)特造型，注塑瓶蓋何去何從？
瓶蓋的發(fā)展早期是使用軟木材質(zhì)，旋鐵蓋等。至今續(xù)開發(fā)出鋁質(zhì)的長頸鋁蓋、碳酸飲料鋁蓋、熱充填鋁蓋、注射液鋁蓋、藥蓋、塑膠瓶蓋等產(chǎn)品。鋁蓋雖有部份被塑蓋取代，但主要應(yīng)用于酒及機(jī)能性飲料，需求穩(wěn)定成長，而爪蓋的需求比則變動大，塑料蓋的需求穩(wěn)中有升。由于瓶蓋為包裝工業(yè)的重要一環(huán)，下游消費(fèi)市場的需求變化將直接影響到對瓶蓋的市場需求。
在產(chǎn)品質(zhì)量與外形要求日益嚴(yán)苛的當(dāng)下，小如瓶蓋也要做到精致、美觀、獨(dú)樹一幟，這勢必對瓶蓋的生產(chǎn)技術(shù)造成沖擊，如何在保障質(zhì)量的同時提高生產(chǎn)效率，成為瓶蓋模具制造的技術(shù)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(chǎn)工藝的流程為：吸料機(jī)將混合好的材料吸入注塑機(jī)炮筒，在炮筒內(nèi)加熱到熔融塑化狀態(tài)后，注射到模具型腔中，在型腔中冷卻定型、脫模、再經(jīng)過切環(huán)加墊，完成注塑生產(chǎn)。而壓塑蓋工藝流程為：吸料機(jī)將混合好的材料吸入注塑機(jī)炮筒，在炮筒內(nèi)加熱到半熔融塑化狀態(tài)后，定量擠出到模具型腔內(nèi)，上下模具合模，壓塑并冷卻定型、脫模，再經(jīng)過切環(huán)加墊，最終完成注塑生產(chǎn)。
從瓶蓋的的兩種制作工藝中我們不難看出，其中都存在最重要的一環(huán)——冷卻定型。產(chǎn)品成型離不開冷卻成型，因此冷卻水路系統(tǒng)是瓶蓋產(chǎn)品制作的關(guān)鍵所在。
而冷卻水路是模具的重要組成部分。瓶蓋質(zhì)量好壞、速度快慢，大多取決于冷卻水路。
傳統(tǒng)制模中，冷卻水路一般采用CNC加工方式（如圖1）。冷卻水路只能通過銑床鉆孔的方式加工產(chǎn)生內(nèi)部水路網(wǎng)絡(luò)，并通過內(nèi)置止水栓和外置堵頭的方式來調(diào)整水路流向。這樣就導(dǎo)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(zhuǎn)環(huán)繞于模具內(nèi)腔之中。當(dāng)遇見形狀復(fù)雜的模具產(chǎn)品時，傳統(tǒng)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(dǎo)致注塑周期長、產(chǎn)品變形量大。
在最開始生產(chǎn)飲料等塑膠蓋與爪蓋時，傳統(tǒng)水路還是能夠勝任的，但隨著產(chǎn)品包裝造型越發(fā)復(fù)雜，瓶蓋的形狀也越來越獨(dú)特，形體凹凸不平，導(dǎo)致傳統(tǒng)水路的冷卻作用捉襟見肘。
新征程：3D打印獲取創(chuàng)新的契機(jī)
但隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，特別是金屬3D打印（SLM，選擇性激光燒結(jié)）技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)相當(dāng)成熟，SLM技術(shù)現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療制造業(yè)中。在航空航天領(lǐng)域，GE用驗(yàn)證機(jī)對35%的3D打印零部件進(jìn)行了驗(yàn)證、C919對3D打印件進(jìn)行了大規(guī)模使用。
而瓶蓋模具技術(shù)，也因?yàn)?D打印迎來了新生。3D打印技術(shù)又稱為增材制造，是一種采用材料逐層累加的方法制造實(shí)體零件的技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的材料去除——削切加工技術(shù)，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(shù)，可以制造出一種無所不能的冷卻水路——隨形水路（如圖2），它可根據(jù)產(chǎn)品輪廓的變化而變化，到達(dá)模腔任何地方，模具內(nèi)部將無任何冷卻盲點(diǎn)。
運(yùn)用這種水路，它可以使瓶蓋加快冷卻速度，縮短產(chǎn)品的成型周期，此外，它還可冷卻均衡，減少產(chǎn)品缺陷，提高產(chǎn)品良率。
然而這種技術(shù)的革新，真的能給企業(yè)帶來如此優(yōu)勢嗎？很多人保持著觀望態(tài)度。2007年成立于上海的上海毅速激光科技有限公司（以下簡稱：毅速）是一家3D打印應(yīng)用技術(shù)開發(fā)與服務(wù)的科技公司，毅速致力于注塑模具前沿技術(shù)的研究與開發(fā)，并率先對這種技術(shù)做出了研究。
針對目前化妝品瓶蓋模具的兩種水路：傳統(tǒng)水路與隨形水路，毅速的模流分析師使用AutodeskMoldflow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(tài)等數(shù)據(jù)，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
產(chǎn)品名稱：化妝品瓶蓋
項(xiàng)目難點(diǎn)：熱流道倒裝設(shè)計(jì)空間受限，導(dǎo)致傳統(tǒng)水路無法實(shí)現(xiàn)，此外產(chǎn)品成型周期過長，產(chǎn)品澆口處易燙傷。毅速設(shè)計(jì)師將公模仁鑲件采用3D打印實(shí)現(xiàn)隨形冷卻，熱嘴套鑲件走隨形水路，在產(chǎn)品材質(zhì)上使用毅速研發(fā)的3D打印專用金屬粉末EM191不銹鋼進(jìn)行打印。
在隨形水路形成后，將應(yīng)用隨形水路與傳統(tǒng)水路的數(shù)據(jù)進(jìn)行模流對比。
模流分析圖（見圖3）顯示：化妝品瓶蓋頂部溫度最高，應(yīng)用傳統(tǒng)水路鑲件溫度最高94.81℃，而應(yīng)用隨形水路鑲件溫度最高62.17℃，隨形水路比傳統(tǒng)水路鑲件溫度低34.4%（32.6℃）。從上述的模流分析數(shù)據(jù)我們不難得出結(jié)論：應(yīng)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。
產(chǎn)品的冷卻時間與產(chǎn)品的頂出成型時間有著直接關(guān)系，從圖4的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用傳統(tǒng)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含隨形水路的模具時，瓶蓋的產(chǎn)出速度、成型周期將會是多么快，這為制造商帶來多大的經(jīng)濟(jì)效益。
圖5是化妝品瓶蓋的模溫周期圖，它代表著產(chǎn)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地看出，隨形水路模溫比較低，且隨著時間的推移，有一個下降的過程，然而傳統(tǒng)水路的模溫較高且隨著時間的推移一直升高。
圖6、圖7分別是化妝品瓶蓋實(shí)際產(chǎn)品圖，因?yàn)閭鹘y(tǒng)水路無法完全覆蓋到模具型腔之中，且化妝品瓶蓋的頂部正是傳統(tǒng)水路無法到達(dá)的區(qū)域，所以產(chǎn)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(yùn)用3D打印技術(shù)，可以將水路遍布模具型腔的任意位置，因此冷卻均衡，很好地避免了這個問題。
從隨形水路與傳統(tǒng)水路的幾組模流分析對比圖上，我們可以很清晰地了解到化妝品瓶蓋生產(chǎn)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。從這些分析中我們可以總結(jié)以下幾點(diǎn)：
1、根據(jù)注塑件形狀復(fù)雜程度，可降低冷卻時間20%至50%；
2、根據(jù)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(chǎn)能、良品率等因素，最終效益大幅提高；
4、隨形水路應(yīng)用范圍廣，可用于多數(shù)注塑件的冷卻優(yōu)化。
3D打印技術(shù)的應(yīng)用，不僅僅在航天航空等高科技領(lǐng)域，技術(shù)下沉，注塑瓶蓋與3D打印技術(shù)的結(jié)合，當(dāng)實(shí)體制造業(yè)遇見高新技術(shù)，它給你帶來的是實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)效益。而當(dāng)下面對越來越復(fù)雜的材料、設(shè)計(jì)、產(chǎn)品，企業(yè)如果再不進(jìn)行升級轉(zhuǎn)型，提升自己，難免會被時代淘汰。而3D打印隨形水路在化妝品瓶蓋的應(yīng)用，無論是生產(chǎn)效率還是產(chǎn)品質(zhì)量，都帶來了意想不到的驚喜。
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