工具制造的特点通常是成本密集型、定制化、单件生产。近来，由于亚洲国家带来的激烈竞争，欧美制造商的价格压力逐渐增大。至少在标准工具方面，这些竞争对手在逐步主导市场。因此，欧洲和美国的工装行业转向了创新和高质量的解决方案，与标准解决方案相比，提高了客户的生产效率并且极大地降低单件成本。
提高生产率的最重要参数之一是生产周期，可通过定形回火进行优化。除了缩短周期，这种优化还可减少热形变，从而提高产品质量。周期越短，相同时间内制造的产品数量越多，大大增加了设备的总体生产效率和经济性。
使用3D打印机生产注塑模具为了创造创新工具，业界越来越依赖3D打印(或增材制造)等新型制造方式。增材制造虽有一定的局限性(如数量)，但不是影响单件生产的主要因素，且3D打印产品的设计自由度非常高。若利用仿真和数值优化来考虑注塑模具的结构、热和制造等方面的问题时，可在短时间内生产出高效率的工具。2009年，Phoenix Contact 对这些方法进行了评估，最初使用了喷射技术打印机，后来采用了激光烧结(塑料)和激光熔炼(金属)解决方案。该公司的 Rapid Solutions 部门能快速交付工具制造解决方案和原型，是因为增材制造效率高和机器装配时间短，来自CAD系统的产品创意能在第二天实现并立即交付给客户。
这种方式非常成功，因需求旺盛，需要购买新设备。2016年底，Rapid Solutions业务部门从Phoenix Contact拆分，成立子公司，名为PROTIQ GmbH。
一键订购增材制造产品
PROTIQ很快意识到采用多种材料生产单个工具存在很高的需求，决定通过PROTIQ平台(www.protiq.com)在全球范围内提供解决方案。客户可以通过此平台上传自己的3D数据，在线计算价格，最终能在短时间内拿到产品。
然而，该公司提供的不仅仅是3D打印产品，为了充分发挥增材制造的优势，PROTIQ采用了拓扑优化和仿真分析来设计工具。根据荷载工况描述和边界条件(如理想内部通道)，工程师能够在生产前确定组件的最佳结构，这种方法能够确保只使用必要的材料。生产的最终部件可能比之前要轻得多，从而降低了生产成本，并改进了注塑模具的操作运行。
“我们使用 Altair OptiStruct 求解器进行拓扑优化”, Phoenix Contact负责人、PROTIQ GmbH 总经理 Ralf Gärtner 说到，“在 Altair OptiStruct 的帮助下，我们能制造出重量只有原质量25%的注塑模具。这意味着我们在每个工具上减轻了75%的重量。”
“此外，新工具生产时间比我们以往生产的所有工具都要短”，Gärtner继续说道，“我们通过定形回火显著缩短了生产周期，同时生产工具的准备时间也减少了25%。这主要是由于3D打印过程允许我们在工具中整合许多功能，从而简化并加快了手工装配过程。”
试点项目—优化注塑模具
为了实现第一个项目，PROTIQ求助于 Altair ProductDesign 咨询团队。 Altair ProductDesign 咨询团队在整个仿真过程中为 PROTIQ 提供技术支持，助力第一个原型的开发。
首先，PROTIQ 将定义好设计空间的原始几何文件交给 Altair ProductDesign 团队。接着两家公司团队密切协商确定了荷载工况和边界条件。基于这些需求，Altair 工程师在前处理工具 Altair HyperMeshTM 中建立了优化模型。随后，应用 Altair 有限元求解器及优化工具 Altair OptiStructTM 对该模型进行拓扑优化。通过 Altair EvolveTM，根据优化结果重建模型用于3D打印。
为了验证优化结果，工程师们再次使用OptiStruct，并对优化后的结构再次进行有限元分析。同时，Altair ProductDesign 团队使用CFD工具 Altair AcuSolveTM 模拟了注塑模
具的回火过程。基于这些仿真分析，确定了生产产品的冷却过程，以及所需的循环时间。
优化后的注塑模具比几年前用传统方法制造的原始工具轻了75%。正形回火集成到3D打印过程中，从而大大缩短产品周期时间。工程师们将一些工序整合到3D打印中，注塑模具制造的准备时间也减少了25%，这进一步减少了该工具的手工组装时间。
生产周期的缩短使得注塑模具的生产成本也明显降低。基于这些结果，PROTIQ 内部开发团队采用了 Altair HyperWorks 解决方案。现在，通过 PROTIQ 这一平台，客户可获得所有想要的服务。
