3D打印技术在“聚合物模具设计”课程教学中的应用.pdf

:./.打印技术在“聚合物模具设计”课程教学中的应用肖建华 宋仕强 王锦成上海工程技术大学化学化工学院 上海 摘 要:“聚合物模具设计”课程是高分子材料与工程专业本科生专业必修课之一 为了提高学生读图、看图、分析图纸的能力促进学生应用专业基础知识进行模具创新设计本研究提出了将 打印技术应用于“聚合物模具设计”课程教学 实践表明:打印技术制备的塑件和模具模型可以强化课堂互动拓宽学生的空间想象能力提高学生的学习效果和创新思维关键词:打印技术模具设计课程教学教学改革中图分类号:文献标识码:“聚合物模具设计”是一门理论与实践紧密结合的课程其特点是学习紧、任务重大量的图纸、新结构、新设计、新模型接踵而来学生很难通过课堂内提供的图片、动画或者教学视频资料去理解、消化、吸收复杂的模具结构和模具设计要素更不要谈把学科的知识综合起来活学活用富有创造性、创新性地设计和开发模具设计和加工聚合物模具教学模型就显得迫在眉睫 打印相对于传统的“减材”制造技术不同是一种新型的“增材”制造技术 打印属于无模成型技术尤其适用于各种复杂几何模型的个性化制造且 打印出的模具大小合适、重量轻便便于拆卸和组装 所打印的教学模型方便学生在课堂上传递和拆装有助于提升学生阅读二维图纸的能力加强学生理解模具的基本结构进而提高课程教学效果 本文将 打印的各种聚合物教学模型应用于“聚合物模具设计”课程教学在传统教学方式方法的基础上活跃课堂气氛拓展学生思路以期能够提高教学效果一、打印技术(一)打印技术简介熔融沉积成型技术(简写)是一种桌面式的 打印技术它是将丝状的聚合物材料加热融化通过一个喷嘴的喷头挤喷出来 热熔材料融化后从喷嘴喷出沉积在制作面板或者前一层已固化的材料上温度低于固化温度后开始固化通过材料的层层堆积形成最终成品 打印也属于典型的无模成型技术它最大的优点是可实现复杂模型的个性化定制这个特性使得桌面式 打印尤其适合于复杂聚合物模具教学模型的制作(二)打印过程所涉及的课程教学模型可采用三维建模软件进行计算机辅助设计通过 打印机实现复杂教学模型的制作加工成本低其具体步骤如图 所示:()运用 软件对所设计的模型建模()将模型转换为 打印所需求的 格式()确定模型打印的尺寸、位置和方向()设置相应的打印参数如层厚、速度、填充率等()无人监守的打印过程()取出制件()人工后处理、打磨抛光()投入使用图 整个 打印过程二、打印注塑模具模型(一)注塑模具设计在 软件中首先绘出塑料制品的 图然后定义塑件的收缩率经分型后创建型芯、型腔模型选定推出机构然后选择标准模架创建定位圈和浇口套(二)注塑模具模型的 打印聚合物注塑模具结构非常复杂包含浇注系统、成型系统、推出机构、导向系统等典型的两板式注射模具如图 所示 聚合物模具设计教学环节要求学生掌握模具的基本结构和设计要素能够对一般的聚合物制品进行模具结构设计在聚合物注塑模具设计和制作中 打印技术可以 科技风 年 月创新教学发挥以下作用:.浇口套 .定位圈 .定模座扳.定模扳 .动模 .动模座板.顶杆固定板 .顶板 .垫块.动模板 .推件板 .型芯.定模板 .动模版 .整套模具图 打印的聚合物注塑模具创新教学科技风 年 月 .打印聚合物制件 打印实物对比 软件中的二维图形从简单模型到复杂模型从量变引起质变大量的实践练习帮助同学提升读图、看图的能力(并分析哪些尺寸是基孔制哪些是基轴制)帮助学生从制品选材分析材料的收缩率对制品尺寸公差和加工精度的影响提升学生分析产品设计中尺寸精度的要求以及根据尺寸精度要求进行科学选材的能力.打印模具的浇注系统鼓励学生结合聚合物制件在模具内的摆放方向、数量和位置等因素结合模具内的浇口和分流道的位置、类型、数量分析各种模具设计方案的优缺点从而简化模具结构并确定最终模具结构方案.打印模具的核心零部件打印模具的核心零部件如型芯、型腔等深度理解磨损公差在深度和径向两个方向差异的原因以及流体冲刷磨损在型芯、型腔径向尺寸和深度尺寸计算公式中的差别正确掌握模具核心零部件的设计要点.打印模具的推出机构通过对多个 打印的聚合物模具进行塑件分析、流道分析引导学生合理选择推出结构可以减少推出机构在塑件外立面留下的疤痕并能平稳地推出塑件 另外根据塑件的结构特点帮助学生分析并理解侧面、底面、平面、开孔等不同部位所采用的脱模力计算公式能指导学生正确的计算脱模力合理地设计推出机构.组装模具定模部分和动模部分组装的定模方便学生理解型腔的整体式结构、整体嵌入式结构、局部镶嵌结构和大规模镶拼结构模具定模结构类型的选择原则组装的动模方便学生理解一模多腔设计中采用动模两块板的必要性三、教学实践应用及效果近年来我们将 打印教学模具通过模拟模具的开模、取出制品、闭模运动使学生更清楚地掌握各种聚合物模具的结构和相应的工作机理 引导学生创新设计模具结构(如通过改动塑件形状简化模具结构改动推杆形状简化模具推出机构和运动机理改变塑件在模具内摆放位置解决顺利取出制品的问题等)实物模型的讲解和分析有助于提高学生学习的主动性提高学生的创新思维能力同时也利于教师及时发现并解决学生在设计过程中存在的问题 打印技术在“聚合物模具设计”课程教学中的实际应用可以提高学生的学习兴趣激发学生的学习积极性从而提高课堂互动效果促使学生迅速地掌握聚合物模具设计的要点提高学生的学习效果拓宽学生的创新思维参考文献:.:.:.:.:.:.:.孙文柱曲建岭高峰.打印技术在航空仪表设备课程教学中的应用.教育教学论坛:.徐鼐李志君杜杰.打印技术在塑料加工成型及模具设计课程群教学改革中的应用探索.教改教法():.王小新.打印在塑料制品及模具设计课程教学中的应用探索.模具工业():.作者简介:肖建华()女河北邯郸人博士上海工程技术大学化学化工学院副教授硕士生导师研究方向:高分子成型加工新技术通讯作者:王锦成 科技风 年 月创新教学