基于模具設計的鍛模教具3D打印與制造

陳志鋒

摘要：隨著技術的發展，在模具設計與制造方面也進行了一定的優化創新，不論是鍛造工藝還是模具設計都得到了提升。對于當前模具設計與制造的發展，已經與3D打印技術相結合，把3D打印技術運用到鍛模教具的設計中和制造中，進一步的提高設計制造效率，降低生產成本，滿足個性化和小批量的生產需求。本文也就對此展開探究，分析在模具設計基礎上的鍛模教具3D打印與制造。

關鍵詞：模具設計;鍛模教具;3D打印與制造

引言：3D打印作為極快成型技術的一種，也被稱之為增材制造，是以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。不能具有節能高效的優勢，還能適合于新產品的開發以及個性化的需求。被運用于鍛模教具制造中，融入了3D打印的優勢，節能高效更加滿足學校教學的需求。

1.??? 模具設計

模具設計是數據數字化設計，是利用數字化設計工具進行的模具的設計。這里的模具一般是在工業中的一些產品，也是可以成批生產出具有一定形狀和尺寸要求的工業產品零部件的一種生產工具。而模具直接關系著工業產品的質量、效益以及新產品的開發能力。目前工業發展中，一般都是采用模具生產[1]。

目前，模具設計已經開設了相關的課程，培養模具設計制造的專業人才。隨著模具設計制造行業的發展，為了進一步的提高制造效率和降低成本，一些新技術也就被引入并運用到模具設計制造中，3D打印技術就是之一。3D打印技術結合相關的計算機技術，為模具設計與制造行業發展帶來了新的發展，不僅提高了設計和制造的效率，還有效的提高了產品的質量。就比如鍛模教具，作為教學的輔助工具，隨著教具的更新換代，在教學上也需要與時俱進，才能培養出滿足社會發展的技能人才。3D打印技術的運用，解決了學校因為教具制造困難和成本高而更新困難的問題，滿足教學要求。

2.??? 鍛模教具3D打印與制造

2.1? 鍛模教具

鍛模教具輔助教學，提高教學質量。就必須要求具有一定的真實性，能夠滿足現實特點。對于教具要求：一般鍛模教具必須要用真實的鍛件設計出結構模型，鍛模教具的設計要適中，而且還要輕便易攜帶，還需要滿足低成本。再次要求上，鍛模教具的設計與制造就需要注意：鍛模教具設計的相關知識和方法，三維造型相關軟件的應用，以及3D打印機的使用。首先完成模具設計，然后進行實體造型，最后進行3D打印成型[2]。

也就說，對于鍛模教具的設計制造，不緊要掌握鍛模設計的基礎知識和設計方法，可以利用專業的理論知識，完成模具設計;還要能夠利用相關的軟件，必用專門的軟件來完成鍛模教具的造型;此外還需要利用現代設計軟件及先進的3D打印技術解決實際問題。

2.2? 鍛模教具的設計

鍛模教具設計的基礎知識，主要是一些理論知識，要完成設計就必須要熟練其基礎知識，掌握設計流程。其具體的設計內容就包括了模膛設計、模膛排布、鍛模結構設計等。因此一般設計的流程為：鍛件圖——冷鍛件圖設計——制坯模膛設計——熱鍛件圖設計——鍛模膛設計——鍛模結構設計。

那么在實際的設計中，就必須要明確相關的理論性知識，掌握設計流程和設計規范，嚴格按照相關的規定和要求進行設計。才能設計出合

格的鍛模教具。在模具設計中，也涉及到了相關的軟件，比如Mold Planner模具設計輔助軟件，設計者就需要熟練的操作軟件，提高設計效果。

2.3? 鍛模教具3D造型

本次研究鍛模教具在完成設計之后，就需要進行3D造型。鍛模教具的3D造型，這里造型就涉及到相關軟件技術，最常見的就是PRO/E。

PRO/E軟件技術是屬于模具和產品設計三維的軟件，具體是采用參數化設計，把設計的結果反應在整個三維模型上。是采用模塊化的方式，用戶根據自身的需要進行選擇，進行草圖繪制、零件制作、裝配設計等。利用軟件功能，讓設計更加的快捷和準確，講個階段的設計結果通過3D形式呈現出來，就包括了鍛件圖、冷鍛件圖、制坯模膛、熱鍛件圖、鍛模膛、鍛模結構。為后續的3D打印提供數據文件[3]。

這里需要注意的是，在鍛模教具3D造型的過程中，操作人員一定要熟練的掌握并使用PRO/E軟件技術，可以利用軟件技術才能完成相關的操作。否則就無法呈現出鍛模教具的3D造型。

2.4? 鍛模教具3D打印成型

在完成造型之后，接下來就需要進行3D打印成型。就涉及到3D打印技術，3D打印是以數字模型文件為基礎，運用一定材料逐層打印的方式構造物體。經常被用于模具制造、工業設計領域。3D打印存在許多不同的技術，主要針對的是可用材料的方式，并以不同層構建創建部件。3D打印經過三維設計、切片處理，最后才完成打印。一般的操作是將一些模型文件導入到打印機相關的軟件中，然后獲得鍛模教具[4]。

在實際的打印中，需要注意打印進的可打印的范圍以及鍛模教具的便捷性，考慮打印的時間;還需要重視材料的選擇，確保鍛模教具可以快速的成型，并且符合相關的要求。一般材料選擇ABS材料，是一種高強度、高韌性并且易于加工成型的熱塑型高分子結構材料，該材料成型的溫度為180-250攝氏度，在其打印中更好的成型。此外，對于3D打印在參數設計的時候需要注意一些問題，比如因為鍛模模膛是由很多曲面組成，如果打印中的層高參數設計不符合其要求，就會影響產品表面質量，層高越小，型腔就光滑，產品也就越美觀，反之越粗糙。一般的層高都是采用0.1mm;還需要注意鍛模教具的強度，在實際的打印過程中，因為內部支撐關系著其形狀，所以很容易影響其形狀，所以要注意太少，最后對于鍛模教具的外壁，在打印制造中盡可能的要厚一些，一般可以采用0.8mm。

可見端木教具的3D打印成型是一個非常復雜的過程，而且在成型過程中還會受到一些因素的影響，為了保證鍛模教具成型的質量，就需要操作人員一定要按照相關的標準操作，熟悉相關的軟件。這里涉及的軟件為maker ware軟件，專用來切片，切片效果非常高，在實際的打印中獲得了廣泛的運用。

3.??? 結束語

鍛模教具3D打印與制造，是當前模具發展的一個重要的內容。對3D打印技術的運用，進一步的促進了模具設計制造行業的發展。本文對于其的分析，是在模具設計的基礎上，分析鍛模教具3D打印制造的具體過程和操作，就包括了鍛模教具的設計、3d造型和3d打印成型。在實際的3D打印制造中，涉及到學科知識非常多，為了提高產品質量，相關操作人員一定要掌握熟練的理論知識和相關的軟件。

參考文獻：

[1]?? 李曉波.模具制造新技術應用前景[J].金屬加工（冷加工），2020（06）：13-15.

[2]?? 王麗娟，馬世博，高穎，魯素玲，閆華軍，王偉.基于模具設計的鍛模教具 3D打印與制造[J].中國冶金教育，2019（02）：43-44+47.

[3]?? 鄭海烈，周壽明，謝玉霞，劉曉珺.基于3D打印教具設計與制造[J].機械研究與應用，2019，32（01）：126-127+131.

[4]?? 楊文魁.錘鍛模的設計標準[J].金屬熱處理，1958（02）：7-19.