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模具製造行業顯著的特點是成本高、客戶化且單件生產。最近，由於來自亞洲國家日益激烈的競爭，歐洲和美國的製造商承受著越來越大的價格壓力。

這些競爭對手日益主導市場，至少在標準工具方面是這樣。因此，歐洲和美國的模具行業已經轉向創新和高質量的解決方案，為其客戶提供具有更高生產率和更低成本的解決方案。

提高生產率最重要的參數之一是縮短生產製造週期，這一目標可以結合隨形加熱得以優化。除了可以縮短生產製造週期外，這一優化手段還可以減小熱變形從而提高產品質量。生產週期越短，在同一時期內可以生產的部件就越多，從而顯著提高了設備的整體生產率和經濟可行性。

Altair HyperWorks™拓撲優化結果

只在需要達到剛度和強度的地方添加材料

冷卻通道可以在增材製造的同時加入

為了設計出更具創新行的模具，該行業越來越依賴3D打印(也叫增材製造, AM)等新的製造方法。有限的零件數量這一增材製造行業常見的局限，並不是單件生產的主要限制。

此外，3D打印的設計自由度幾乎是無限的。當利用模擬和數值優化技術來考慮注塑模具設計結構、熱和製造方面的綜合影響時，高效的模具可以在短時間內生產出來。

Phoenix Contact在2009年開始評估這些方法，最初使用的是聚合物噴射打印機，後來採用了激光燒結(塑料)和激光熔化(金屬)解決方案。該公司的快速解決方案業務部門，交付了快速模具製造解決方案和原型。得益於增材製造技術和較短的機器準備時間，直接來自CAD系統的產品創意通常可以在第二天實現，並立即交付給客戶。

這種方法非常成功，為了滿足這一解決方案的強烈需求，公司購買了更多的新設備。2016年底，業務部門Rapid Solutions被分拆為Phoenix Contact旗下的一家獨立企業，名為PROTIQ GmbH。

PROTIQ很快意識到對不同材料製作的模具的大量需求，並決定在全球範圍內提供這一解決方案。通過PROTIQ平台，客戶只需上傳他們的數字3D數據，在線計算價格，就能在第一時間獲得最終的組件產品。

然而，公司提供的不僅僅是3D打印零件的生產。為了充分利用增材製造技術的優勢，PROTIQ還利用拓撲優化和仿真工具來設計模具。

根據負載情況和其他邊界條件（如所需的內部通道），工程師能夠在生產之前確定組件的最佳拓撲結構，這種方法確保產品只在需要的位置分佈材料。最終的設計方案比原來的更輕、生產成本更低和改進的注塑模具操作性。

隨形加熱減少熱變形

產品質量提高的同時也縮短了開發週期

為了實現第一個項目，PROTIQ求助於Altair的諮詢業務部門ProductDesign。Altair產品設計團隊在整個仿真過程中支持PROTIQ，並為第一個原型的開發做出了貢獻。

首先，PROTIQ將可用設計空間的幾何模型交給了Altair ProductDesign部門。之後，模具負載和邊界條件是在兩家公司的團隊之間的密切協商中定義的。根據這些要求，Altair的工程師在Altair  HyperMesh™中創建了優化模型，Altair  HyperMesh是Altair HyperWorks套件集成的前處理工具。

然後，使用Altair的拓撲優化工具和有限元結構求解器Altair  OptiStruct完成仿真計算。基於優化結果並為後續3D打印將要使用的模型由使用Altair Inspire Studio完成設計的。

為了驗證優化的結果，工程師再次使用OptiStruct對優化後的結構進行了有限元結構分析。與此同時，Altair ProductDesign部門還使用HyperWorks套件中CFD仿真工具Altair AcuSolve™對注塑模具進行了傳熱模擬。通過這樣做，他們能夠確定產品的冷卻性能以及所需的循環時間。

優化後重構的用於3D打印的模型

優化前（上圖）優化後（下圖）溫度結果

這個項目的成果是完成了一個比幾年前用傳統方法設計的輕75%注射模具。隨形加熱分析被集成到3D打印過程中，這樣大大減少了循環時間。

由於工程師們能夠集成3D打印過程中已經存在的功能，注塑模具的製造前置時間也減少了25%。這進一步減少了最終手工組裝工具的時間。由於更短的製造週期，注塑模具的生產成本也顯著降低。

基於這些項目成果，PROTIQ將通過平台長期使用Altair HyperWorks 為客戶提供所需要的服務。