3D打印在材料成型及控制工程專業畢業設計中的應用研究

【摘要】本文對3D打印技術在洛陽理工學院材料成型及控制工程專業畢業設計環節的應用展開了研究與實踐。結果表明，將3D打印引入到洛陽理工材料成型及控制工程專業的畢業設計過程中，激發了學生進行畢業設計的積極性、能動性和創造性，營造更愉快的畢業設計體驗，從而提高畢業設計的質量和教學效果。

【關鍵詞】材料成型及控制工程 畢業設計 3D打印

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）31-0249-01

洛陽理工學院材料成型與控制工程專業的畢業設計題目主要涵蓋沖壓模具設計、注塑模具設計、擠壓模具的設計以及焊接工藝裝備設計等方面。目前我校材料成型與控制工程專業的學生在做畢業設計時，最終的畢業設計結果只是在圖紙上畫出模具和工裝的設計圖紙和電腦上構建模具和工裝的三維CAD模型，畢業設計的各種模具或工裝無法進行結構設計驗證和裝配干涉檢驗。這些都極大影響學生通過畢業設計實踐教學環節來切實提高學生的專業實踐動手能力和創新能力。

3D打印技術可以在沒有模具的條件下生成任意復雜結構的零部件，具有產品研發周期短、可以實現個性化制作等優點，在航空航天、生物醫療和教育等領域得到廣泛應用[1]。2015 年國務院印發的《中國制造2025》中明確指出3D 打印技術已成為我國加快實現智能制造的重要技術手段[2]。洛陽理工學院材料成型及控制工程專業將3D 打印新技術引入到本科畢業設計實踐環節，以期增強學生的創新能力、專業實踐動手能力，提高本科畢業設計質量。本文以畢業設計題目之一的電機殼消失模模具設計為例闡述3D打印在洛陽理工學院材料成型及控制工程專業畢業設計中的應用實踐。

1.電機殼消失模模具設計

1.1產品泡沫塑料模樣的三維造型設計

根據YB3-100LBS電機殼的加工圖紙，對產品進行三維造型設計，包括產品的工藝性分析、產品特征的繪制、加拔模斜度、放置加工余量、倒圓角、制作產品標識、模擬加工、三維檢查。

1.2泡沫材料和產品收縮率的選擇

泡沫材料選用EPS可發性聚苯乙烯。

本次泡沫材料EPS的收縮率取0.4%。產品材質HT250的收縮率取1.0%，模具的收縮率為1.4%。

1.3 模具設計方案的制定

模具設計方案的內容包括模具型腔數量的確定、模具充料口的設計、 分型面的設計、 芯塊和抽芯機構設計、鑲塊設計。本次模具設計模具型腔數量選擇一模一件，選擇自動料槍充料、三個進料口同時進料的方式，將進料口放置在上模氣室中心凸臺處，在兩吊裝孔和接線盒三處設計活塊，在模具氣室外設計側向薄型氣缸抽芯機構，在電機殼凹模四周設計4個側向鑲塊來保障散熱片的成型、使用側向抽芯機構控制模具的開合。

1.4模具三維造型設計

本次設計的電機殼消失模模具主要由自動料槍、上模封板、上模、下模四部分組成，上模主要是由上模氣室、上模封板、上模芯等組成，下模主要是由下模氣室、下模板、下模芯、定位板、定位氣缸等組成。

2.電機殼消失模模具的3D打印

2.1將Creo 2.0中的三維模型數據輸出為“stl”文件格式。

2.2 使用Magics18.0軟件處理模型數據，進行零件拆分、位置調整、添加打印支撐、切片打印。詳細步驟如下

a）使用“殼體轉為零件”功能將裝配體模型拆分為最小單元零件。

b）使用“自動擺放”功能，將拆解開的零件一一羅列開。

c）選中的那個零件移動到打印平臺最佳打印位置以及擺放角度。

d）使用“生成支撐”“自動支撐”按鈕生成支撐。

e）使用“切片”功能對所添加支撐的模型進行切片，導出切片文件。

2.3導出切片文件至GA 450光固化3D打印機中，添加光敏樹脂耗材，檢查設備運行環境（如濕度、溫度）符合要求后開機打印。

2.4將打印好模型從設備中取出并進行去支撐、表面清洗等，最后得到完整的所需模型。

2.5將清洗完的模型放入后固化箱中進行紫外線二次固化。

2.6 根據裝配圖紙將打印好的零部件拼裝起來。

通過光固化3D打印機得到的電機殼消失模模具見圖1

3.3D打印技術在畢業設計中的應用效果

將3D打印技術應用到材料成型及控制工程專業畢業設計的過程中，學生在完成模具和工裝的理論設計和計算、圖紙上畫出模具和工裝的設計圖紙和電腦上完成模具和工裝的三維CAD模型構建等傳統的畢業設計內容之后，最終的畢業設計結果可以通過3D打印技術快速做出實物模型或工裝。這些實物模型或工裝可以用來做裝配模擬，觀察模具或工裝的零部件之間裝配關系及干涉情況，從而驗證模具或工裝設計的合理性。學生可以從設計、制作、展示等角度全身心的投入到畢業設計過程中，有效地激發了學生進行畢業設計的積極性、能動性和創造性。3D打印還可以幫助在畢業設計的早期就通過原型化排除錯誤的設計，從而幫助他們避免因為畢業設計結果的失誤帶來的挫敗感和遺憾，營造更愉快的畢業設計體驗[3]。從而更好地提高了畢業設計的質量和教學效果。

4.結束語

將3D打印引入到洛陽理工材料成型及控制工程專業的畢業設計過程中，激發了學生進行畢業設計的積極性、能動性和創造性，營造更愉快的畢業設計體驗，從而提高畢業設計的質量和教學效果。

參考文獻：

[1]王小新. 3D打印在塑料制品及模具設計課程教學中的應用探索[J]. 模具工業，2016（11）： 68-73.

[2]楊南粵，周敏，李爭名. 基于3D打印技術的產品開發與模具設計實訓教學[J]. 實驗室研究與探索，2017（8）： 243-246.

[3]牛一帆.3D打印在教學中的應用研究[J].塑料包裝， 2015（1）： 35-39.

作者簡介：

金文中（1972-），男，博士，副教授，主要從事型材成型及控制的教學和研究。