基于模具设计的锻模教具3D打印与制造

陈志锋

摘要：随着技术的发展，在模具设计与制造方面也进行了一定的优化创新，不论是锻造工艺还是模具设计都得到了提升。对于当前模具设计与制造的发展，已经与3D打印技术相结合，把3D打印技术运用到锻模教具的设计中和制造中，进一步的提高设计制造效率，降低生产成本，满足个性化和小批量的生产需求。本文也就对此展开探究，分析在模具设计基础上的锻模教具3D打印与制造。

关键词：模具设计;锻模教具;3D打印与制造

引言：3D打印作为极快成型技术的一种，也被称之为增材制造，是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。不能具有节能高效的优势，还能适合于新产品的开发以及个性化的需求。被运用于锻模教具制造中，融入了3D打印的优势，节能高效更加满足学校教学的需求。

1.    模具设计

模具设计是数据数字化设计，是利用数字化设计工具进行的模具的设计。这里的模具一般是在工业中的一些产品，也是可以成批生产出具有一定形状和尺寸要求的工业产品零部件的一种生产工具。而模具直接关系着工业产品的质量、效益以及新产品的开发能力。目前工业发展中，一般都是采用模具生产[1]。

目前，模具设计已经开设了相关的课程，培养模具设计制造的专业人才。随着模具设计制造行业的发展，为了进一步的提高制造效率和降低成本，一些新技术也就被引入并运用到模具设计制造中，3D打印技术就是之一。3D打印技术结合相关的计算机技术，为模具设计与制造行业发展带来了新的发展，不仅提高了设计和制造的效率，还有效的提高了产品的质量。就比如锻模教具，作为教学的辅助工具，随着教具的更新换代，在教学上也需要与时俱进，才能培养出满足社会发展的技能人才。3D打印技术的运用，解决了学校因为教具制造困难和成本高而更新困难的问题，满足教学要求。

2.    锻模教具3D打印与制造

2.1  锻模教具

锻模教具辅助教学，提高教学质量。就必须要求具有一定的真实性，能够满足现实特点。对于教具要求：一般锻模教具必须要用真实的锻件设计出结构模型，锻模教具的设计要适中，而且还要轻便易携带，还需要满足低成本。再次要求上，锻模教具的设计与制造就需要注意：锻模教具设计的相关知识和方法，三维造型相关软件的应用，以及3D打印机的使用。首先完成模具设计，然后进行实体造型，最后进行3D打印成型[2]。

也就说，对于锻模教具的设计制造，不紧要掌握锻模设计的基础知识和设计方法，可以利用专业的理论知识，完成模具设计;还要能够利用相关的软件，必用专门的软件来完成锻模教具的造型;此外还需要利用现代设计软件及先进的3D打印技术解决实际问题。

2.2  锻模教具的设计

锻模教具设计的基础知识，主要是一些理论知识，要完成设计就必须要熟练其基础知识，掌握设计流程。其具体的设计内容就包括了模膛设计、模膛排布、锻模结构设计等。因此一般设计的流程为：锻件图——冷锻件图设计——制坯模膛设计——热锻件图设计——锻模膛设计——锻模结构设计。

那么在实际的设计中，就必须要明确相关的理论性知识，掌握设计流程和设计规范，严格按照相关的规定和要求进行设计。才能设计出合

格的锻模教具。在模具设计中，也涉及到了相关的软件，比如Mold Planner模具设计辅助软件，设计者就需要熟练的操作软件，提高设计效果。

2.3  锻模教具3D造型

本次研究锻模教具在完成设计之后，就需要进行3D造型。锻模教具的3D造型，这里造型就涉及到相关软件技术，最常见的就是PRO/E。

PRO/E软件技术是属于模具和产品设计三维的软件，具体是采用参数化设计，把设计的结果反应在整个三维模型上。是采用模块化的方式，用户根据自身的需要进行选择，进行草图绘制、零件制作、装配设计等。利用软件功能，让设计更加的快捷和准确，讲个阶段的设计结果通过3D形式呈现出来，就包括了锻件图、冷锻件图、制坯模膛、热锻件图、锻模膛、锻模结构。为后续的3D打印提供数据文件[3]。

这里需要注意的是，在锻模教具3D造型的过程中，操作人员一定要熟练的掌握并使用PRO/E软件技术，可以利用软件技术才能完成相关的操作。否则就无法呈现出锻模教具的3D造型。

2.4  锻模教具3D打印成型

在完成造型之后，接下来就需要进行3D打印成型。就涉及到3D打印技术，3D打印是以数字模型文件为基础，运用一定材料逐层打印的方式构造物体。经常被用于模具制造、工业设计领域。3D打印存在许多不同的技术，主要针对的是可用材料的方式，并以不同层构建创建部件。3D打印经过三维设计、切片处理，最后才完成打印。一般的操作是将一些模型文件导入到打印机相关的软件中，然后获得锻模教具[4]。

在实际的打印中，需要注意打印进的可打印的范圍以及锻模教具的便捷性，考虑打印的时间;还需要重视材料的选择，确保锻模教具可以快速的成型，并且符合相关的要求。一般材料选择ABS材料，是一种高强度、高韧性并且易于加工成型的热塑型高分子结构材料，该材料成型的温度为180-250摄氏度，在其打印中更好的成型。此外，对于3D打印在参数设计的时候需要注意一些问题，比如因为锻模模膛是由很多曲面组成，如果打印中的层高参数设计不符合其要求，就会影响产品表面质量，层高越小，型腔就光滑，产品也就越美观，反之越粗糙。一般的层高都是采用0.1mm;还需要注意锻模教具的强度，在实际的打印过程中，因为内部支撑关系着其形状，所以很容易影响其形状，所以要注意太少，最后对于锻模教具的外壁，在打印制造中尽可能的要厚一些，一般可以采用0.8mm。

可见端木教具的3D打印成型是一个非常复杂的过程，而且在成型过程中还会受到一些因素的影响，为了保证锻模教具成型的质量，就需要操作人员一定要按照相关的标准操作，熟悉相关的软件。这里涉及的软件为maker ware软件，专用来切片，切片效果非常高，在实际的打印中获得了广泛的运用。

3.    结束语

锻模教具3D打印与制造，是当前模具发展的一个重要的内容。对3D打印技术的运用，进一步的促进了模具设计制造行业的发展。本文对于其的分析，是在模具设计的基础上，分析锻模教具3D打印制造的具体过程和操作，就包括了锻模教具的设计、3d造型和3d打印成型。在实际的3D打印制造中，涉及到学科知识非常多，为了提高产品质量，相关操作人员一定要掌握熟练的理论知识和相关的软件。

参考文献：

[1]   李晓波.模具制造新技术应用前景[J].金属加工（冷加工），2020（06）：13-15.

[2]   王丽娟，马世博，高颖，鲁素玲，闫华军，王伟.基于模具设计的锻模教具 3D打印与制造[J].中国冶金教育，2019（02）：43-44+47.

[3]   郑海烈，周寿明，谢玉霞，刘晓珺.基于3D打印教具设计与制造[J].机械研究与应用，2019，32（01）：126-127+131.

[4]   楊文魁.锤锻模的设计标准[J].金属热处理，1958（02）：7-19.