摘 要：本文講敘了3D打印的發(fā)展現(xiàn)狀，以及實(shí)際通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)制作模具的過程。工廠通過3D打印技術(shù)可以大大節(jié)約成本和制作周期。首先通過計(jì)算機(jī)輔助軟件CAD進(jìn)行模具三維制作，又通過3D打印機(jī)制作模具，同時(shí)反饋給計(jì)算機(jī)輔助軟件對三維模型進(jìn)行修改。從而實(shí)現(xiàn)減少對原材料的浪費(fèi)和減少模具制作周期。

關(guān)鍵詞：3D打印；CAD；模具制作；模具修改的新方法

1 問題的提出

伴隨生產(chǎn)制造業(yè)的發(fā)展，模具的需求量越來越大，但模具的生產(chǎn)制造過程過長一直沒有得到很好地解決。而3D打印恰巧是一種快速成型技術(shù)，恰具有快速、高效、便捷等特點(diǎn)。它是伴隨著現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù) 、分層制造、機(jī)械工程、激光、計(jì)算機(jī)數(shù)控、精密伺服驅(qū)動(dòng)以及新材料等多方面技術(shù)突破的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來的。3D打印可以在醫(yī)療、建筑、制造等多行業(yè)發(fā)揮重要作用，有人說3D打印技術(shù)是一項(xiàng)革命性的技術(shù)，因?yàn)?D打印技術(shù)配合三維建模軟件可以大大提高模具的生產(chǎn)效率、縮短模具制造的生產(chǎn)周期和降低資源損耗。

1.1 3D打印的原理

生活中普通的打印是對將墨水印在承印物上，而3D打印是一種立體打印技術(shù)，根據(jù)美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）2009年成立的3D打印技術(shù)委員會(huì)公布的定義，3D打印是一種與傳統(tǒng)的材料加工方法截然相反，它是基于三維CAD模型數(shù)據(jù)，通過增加材料逐層制造的方式制造模型。就像將一層層材料用粘黏劑粘起來一樣，不過其制作材料和粘黏劑都是特殊的材料，他的材料能夠液化、粉化、成絲或其它多種形態(tài)，打印時(shí)又能快速的硬化?，F(xiàn)在多采用金屬、塑料和陶瓷等特殊處理的材料。其采用直接制造的模型是通過計(jì)算機(jī)模擬軟件建立與物理實(shí)體模型一致的三維數(shù)字模型，打印機(jī)使用一些特定的材料對材料的層疊，形成所需的模型。

1.2 打印制造過程

1.2.1 建立三維模型

首先通過對產(chǎn)品的可行性分析，確定產(chǎn)品的工藝方案，并對模型做出初步的設(shè)計(jì)。瓶子由瓶身、瓶肩和瓶身以及瓶底組成。以三維軟件建立圖形時(shí)先從瓶口開始，建立立體的三維實(shí)際模型。然后在實(shí)際模具中去除改瓶身的形狀的部分，即可所得制造該形狀瓶子的簡易模具。

首先建立模具的三維模型。3D模具是基于計(jì)算機(jī)建模軟件的技術(shù)生成的，可以通過SolidWorks、UG NX、AutoCAD、Pro/Engineer等三維建模軟件進(jìn)行3D模具設(shè)計(jì)，solidwords功能強(qiáng)大，簡單易學(xué)但是組件繁多，軟件較大。UG主要適合于大型的汽車、飛機(jī)廠建立復(fù)雜的數(shù)模，對曲面渲染較好，Pro/Engineer主要適合于快速建立較為簡單的數(shù)模。AutoCAD可用于二維和三維圖像的繪制，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。在這里我們使用AutoCAD建立有一個(gè)高130mm，底面直徑60mm，瓶口直徑20mm的簡易吹塑模型。下面是簡單的步驟：

（1）打開AutoCAD ，新建文件，從瓶口開始建立，在命令欄輸入命令pline選擇多段線工具（或菜單欄-繪圖-多段線[P]），隨機(jī)選擇一點(diǎn)，建立塑料瓶基本圖形。輸入下列括號內(nèi)的命令：

首先建立瓶口（@10，0）、（@0，-10）

然后建立瓶口的曲面 （a） 、（@10，-10）、 （a）、 （@10，-10）

最后完成整個(gè)曲面 （0，120）、（c）

對該圖形進(jìn)行“旋轉(zhuǎn)”360度。輸入命令（revolve）、（360）以左側(cè)為軸建立飲料瓶實(shí)體。

（2）建立一個(gè)高長寬為140、70、70（mm）的長方體。輸入命令（box）任選一點(diǎn)，輸入（70，140，70），建立長方形。

（3）通過輸入（3dmove）三維移動(dòng)（3drotate）三維旋轉(zhuǎn)等命令將飲料瓶放入長方體內(nèi)。

（4）使用差集。選擇對象為長方體，減去對象為建立的飲料瓶。輸入（SUBTRACT），空格，選擇長方形，空格，選擇模型，空格，形成中空的塑料瓶。

（5）輸入命令（slice）選擇該模型，空格，輸入xy，以模型中心為軸心進(jìn)行剖切。

（6）另存為**.stl文件。建立模型完畢。如圖1所示。

1.2.2打印三維模具

根據(jù)實(shí)際情況，采用的打印機(jī)型號為MAKERBOT REPLICATOR 2 3D為例進(jìn)行打印，該打印機(jī)選用PLA材料，基本原理是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，同時(shí)打印噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺(tái)上，快速冷卻后形成一層截面。一層成型完成后，機(jī)器工作臺(tái)下降一個(gè)高度（即分層厚度）再成型下一層，直至形成整個(gè)實(shí)體造型。成型材料種類多，成型件強(qiáng)度高、精度高，主要適用于成型小塑料件。

將設(shè)計(jì)好的3D模型輸入3D打印機(jī)，打印機(jī)軟件會(huì)自動(dòng)分析模型，將模型根據(jù)分辨率進(jìn)行分割成層，然后根據(jù)你的參數(shù)設(shè)置選擇合適的打印速度形成相應(yīng)精度的模型，將模型進(jìn)行打印層疊。3D打印機(jī)是3D打印過程的重要一環(huán)，也是將它與現(xiàn)階段的模具車間加工修改所不同的一個(gè)方面。它是將大型機(jī)床簡化并與計(jì)算機(jī)新技術(shù)、新材料復(fù)合成的機(jī)械制造設(shè)備。它可以快速生成模具--將模具打印出來。將模具拿去進(jìn)行試驗(yàn)加工，對其中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，對相對應(yīng)的模型進(jìn)行修改。3D打印技術(shù)在本環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)快速修改的性能。避免對模具進(jìn)行修模再制造然后再試這樣一個(gè)“漫長”過程。

1.2.3 模具生產(chǎn)制造和產(chǎn)品制造

3D模具試驗(yàn)結(jié)果吻合產(chǎn)品要求后，就可以將3D模型傳輸?shù)杰囬g進(jìn)行生產(chǎn)和裝配，進(jìn)行大批量的生產(chǎn)。在實(shí)際的模型制作過程中，我們使用的可能是一些金屬材料或者陶瓷材料對模型進(jìn)行打印，打印精度可以設(shè)置更高。

2 結(jié)束語

從1986年產(chǎn)生第一臺(tái)商用打印機(jī)，隨著技術(shù)的發(fā)展，無論在技術(shù)、應(yīng)用都有了長久的進(jìn)步。3D打印能夠快速高效的修改型腔模型，成本便宜、制作簡單，減少生產(chǎn)工藝中流程中產(chǎn)品浪費(fèi)。但在高分辨率的情況下，打印速度較慢。并且對一些高精密的儀器達(dá)不到相應(yīng)的分辨率，打印較為粗糙。對于突變較大的地方，還不能很好的層疊。國內(nèi)3D打印的現(xiàn)階段的基材還主要為高分子材料和金屬，材料價(jià)格稍高，材料的選擇種類還不太廣泛，基材還有待于進(jìn)一步的開發(fā)。工程師通過計(jì)算機(jī)三維軟件快速通過模具，制造模具，應(yīng)用模具，再通過反饋給設(shè)計(jì)師重新設(shè)計(jì)，現(xiàn)在已經(jīng)有建筑師利用3D打印機(jī)打印建筑模型，醫(yī)生打印骨骼甚至細(xì)胞。同樣在模具生產(chǎn)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)師已經(jīng)開始利用桌面型3D打印機(jī)設(shè)計(jì)一些小型的模具，減少設(shè)計(jì)成本。在一些個(gè)性化的小批量的個(gè)性化生產(chǎn)，3D打印產(chǎn)品也能替代產(chǎn)品模具進(jìn)行生產(chǎn)。

作者簡介：楊連科（1993-），男，河南商丘人，本科在讀，從事包裝工程研究。