3D打印在材料成型及控制工程专业毕业设计中的应用研究

【摘要】本文对3D打印技术在洛阳理工学院材料成型及控制工程专业毕业设计环节的应用展开了研究与实践。结果表明，将3D打印引入到洛阳理工材料成型及控制工程专业的毕业设计过程中，激发了学生进行毕业设计的积极性、能动性和创造性，营造更愉快的畢业设计体验，从而提高毕业设计的质量和教学效果。

【关键词】材料成型及控制工程 毕业设计 3D打印

【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）31-0249-01

洛阳理工学院材料成型与控制工程专业的毕业设计题目主要涵盖冲压模具设计、注塑模具设计、挤压模具的设计以及焊接工艺装备设计等方面。目前我校材料成型与控制工程专业的学生在做毕业设计时，最终的毕业设计结果只是在图纸上画出模具和工装的设计图纸和电脑上构建模具和工装的三维CAD模型，毕业设计的各种模具或工装无法进行结构设计验证和装配干涉检验。这些都极大影响学生通过毕业设计实践教学环节来切实提高学生的专业实践动手能力和创新能力。

3D打印技术可以在没有模具的条件下生成任意复杂结构的零部件，具有产品研发周期短、可以实现个性化制作等优点，在航空航天、生物医疗和教育等领域得到广泛应用[1]。2015 年国务院印发的《中国制造2025》中明确指出3D 打印技术已成为我国加快实现智能制造的重要技术手段[2]。洛阳理工学院材料成型及控制工程专业将3D 打印新技术引入到本科毕业设计实践环节，以期增强学生的创新能力、专业实践动手能力，提高本科毕业设计质量。本文以毕业设计题目之一的电机壳消失模模具设计为例阐述3D打印在洛阳理工学院材料成型及控制工程专业毕业设计中的应用实践。

1.电机壳消失模模具设计

1.1产品泡沫塑料模样的三维造型设计

根据YB3-100LBS电机壳的加工图纸，对产品进行三维造型设计，包括产品的工艺性分析、产品特征的绘制、加拔模斜度、放置加工余量、倒圆角、制作产品标识、模拟加工、三维检查。

1.2泡沫材料和产品收缩率的选择

泡沫材料选用EPS可发性聚苯乙烯。

本次泡沫材料EPS的收缩率取0.4%。产品材质HT250的收缩率取1.0%，模具的收缩率为1.4%。

1.3 模具设计方案的制定

模具设计方案的内容包括模具型腔数量的确定、模具充料口的设计、 分型面的设计、 芯块和抽芯机构设计、镶块设计。本次模具设计模具型腔数量选择一模一件，选择自动料枪充料、三个进料口同时进料的方式，将进料口放置在上模气室中心凸台处，在两吊装孔和接线盒三处设计活块，在模具气室外设计侧向薄型气缸抽芯机构，在电机壳凹模四周设计4个侧向镶块来保障散热片的成型、使用侧向抽芯机构控制模具的开合。

1.4模具三维造型设计

本次设计的电机壳消失模模具主要由自动料枪、上模封板、上模、下模四部分组成，上模主要是由上模气室、上模封板、上模芯等组成，下模主要是由下模气室、下模板、下模芯、定位板、定位气缸等组成。

2.电机壳消失模模具的3D打印

2.1将Creo 2.0中的三维模型数据输出为“stl”文件格式。

2.2 使用Magics18.0软件处理模型数据，进行零件拆分、位置调整、添加打印支撑、切片打印。详细步骤如下

a）使用“壳体转为零件”功能将装配体模型拆分为最小单元零件。

b）使用“自动摆放”功能，将拆解开的零件一一罗列开。

c）选中的那个零件移动到打印平台最佳打印位置以及摆放角度。

d）使用“生成支撑”“自动支撑”按钮生成支撑。

e）使用“切片”功能对所添加支撑的模型进行切片，导出切片文件。

2.3导出切片文件至GA 450光固化3D打印机中，添加光敏树脂耗材，检查设备运行环境（如湿度、温度）符合要求后开机打印。

2.4将打印好模型从设备中取出并进行去支撑、表面清洗等，最后得到完整的所需模型。

2.5将清洗完的模型放入后固化箱中进行紫外线二次固化。

2.6 根据装配图纸将打印好的零部件拼装起来。

通过光固化3D打印机得到的电机壳消失模模具见图1

3.3D打印技术在毕业设计中的应用效果

将3D打印技术应用到材料成型及控制工程专业毕业设计的过程中，学生在完成模具和工装的理论设计和计算、图纸上画出模具和工装的设计图纸和电脑上完成模具和工装的三维CAD模型构建等传统的毕业设计内容之后，最终的毕业设计结果可以通过3D打印技术快速做出实物模型或工装。这些实物模型或工装可以用来做装配模拟，观察模具或工装的零部件之间装配关系及干涉情况，从而验证模具或工装设计的合理性。学生可以从设计、制作、展示等角度全身心的投入到毕业设计过程中，有效地激发了学生进行毕业设计的积极性、能动性和创造性。3D打印还可以帮助在毕业设计的早期就通过原型化排除错误的设计，从而帮助他们避免因为毕业设计结果的失误带来的挫败感和遗憾，营造更愉快的毕业设计体验[3]。从而更好地提高了毕业设计的质量和教学效果。

4.结束语

将3D打印引入到洛阳理工材料成型及控制工程专业的毕业设计过程中，激发了学生进行毕业设计的积极性、能动性和创造性，营造更愉快的毕业设计体验，从而提高毕业设计的质量和教学效果。

参考文献：

[1]王小新. 3D打印在塑料制品及模具设计课程教学中的应用探索[J]. 模具工业，2016（11）： 68-73.

[2]杨南粤，周敏，李争名. 基于3D打印技术的产品开发与模具设计实训教学[J]. 实验室研究与探索，2017（8）： 243-246.

[3]牛一帆.3D打印在教学中的应用研究[J].塑料包装， 2015（1）： 35-39.

作者简介：

金文中（1972-），男，博士，副教授，主要从事型材成型及控制的教学和研究。