3D打印模样在石膏型精密铸造中的应用研究探究实践

3D打印模样在石膏型精密铸造中的应用研究探究实践

张晓杰,郭彦红,徐添,贾国瑞,靳源浩,赵辉

格力（武安）精密装备制造有限公司  河北 武安 056300

摘要：3D打印技术日渐成熟，逐渐应用于教育行业中。本文就3D打印模样在石膏型精密铸造中的实际应用进行研究，探索该技术在材料形成及控制专业中的实践教学成效。

关键词：材料成型及控制；精密铸造；3D打印技术

引言

打印技术随着科学技术发展由2D时代进入3D时代，本文以我国3D打印技术现状为基础，分析此项技术在材料形成及控制专业教学实践中，开展石膏型精密铸造的应用效果。

一、3D打印发展现状

3D作为一种全新的快速成型打印技术，主要通过UC/ProE/CAE/CAD等多个建模软件建立三维立体模型，还能通过实体扫描设备对实物扫描方式获取数据模型，经数控成型系统，以热熔喷嘴、激光束等方法将陶瓷、粉末状、塑料、丝状金属等材料逐层成型，最终打印其实体[1]。该项技术摒弃了机床、模具、各类夹具等传统加工方式对用料的束缚，具备明显的生产周期短、可生产形状复杂的零部件、成模效率高等优势。近年来，3D打印成模技术在医疗器械、机械制造、材料成型等领域的应用前景非常广泛，势必在未来成为先进制造技术最具代表的典型技术。

高校教学是我国各行业储备人才的基地，大学生为未来社会发展，行业转型改革的主力军。大学生在校学习过程中，为充分了解并掌握先进制造技术，可以在材料形成及控制专业课程体系中融入3D打印技术。不仅能培养学生的创新实践能力，还能帮助学生掌握一项现代先进制造技术，成为学生顶岗实习、就业的加持技能。

20世纪90年代我国相关技术研究人员开始着手研究3D打印技术，经历短短二十余年的发展，目前3D打印技术已经实现工业化生产水平的要求。在制造业领域中，3D打印技术的突出优势为：（1）深拓模具设计空间，制定个性化的模型制造。（2）数字化制造，模型完整性高。（3）结合制造行业传统特征，进而提升模型制造的生产效率。（4）3D打印所用材料更为环保，不仅提升了材料的使用效率，还能保护环境。（5）加快模型定型、生产的整体效率，进而实现缩短产品研发周期的目的，节约成本。

当前阶段3D打印技术需要进一步改进的地方。（1）受打印设备影响，3D打印产品仍然不能实现批量化生产目标。（2）对3D打印产品的组织、性能、材料方面的一致性需要深化研究。（3）目前市面上的高品质3D打印材料非常昂贵，对3D打印技术的横向扩宽发展不利。

二、在石膏型精密铸造中应用3D打印技术实践教学成果

1.3D打印技术的应用优势

3D打印模样在材料成型及控制专业中的石膏型精密铸造课堂中进行实践教学，发现具有如下明显优势。授课教师在石膏型精密铸造模型的模具结构及其原理方面若依旧采用传统教育方式，利用二维图形、PPT动画演示对模型结构进行展示与讲解，需要学生大胆发挥自身空间思维能力，于脑海中形成模型的三维立体结构，此方法只适用于极少部分空间思维能力较强的学生，对大部分缺乏空间想象力的学生而言，并不能让他们跟上授课教师的教学进度，对课程内容很难快速将其转变为模型结构。材料成型与控制专业本身就需要学生对模型模具的结构有充分认知，这样才能帮助学生构建一个完善的石膏型精密铸造模型的全貌，因此，授课教师应提供实物以便学生动手拆装观察。应用3D打印技术在快速成模的同时，还打印出模型结构的零件，让学生声临其境，对模型设计与制作的全过程进行观摩，对辅助教学有非常好的作用[2]。利用3D打印技术，通过材料累计叠加方法制造出来的实物模型，不仅可以将模型复杂结构展现出来，还能进一步扩宽材料成型及控制专业的模型设计范畴，为授课教学提供全新的实践教学思路，促进高质量课堂教学内容的产生。另一方面，3D打印技术全过程涵盖多项材料成型专业技术，如3D打印工艺的参数设计、零件建模、产品后期处理等，这些环节所用的知识离不开材料成型及控制工程专业。

2. 构建3D打印技术实践教学体系

受专业课程内容开设影响，材料成型及控制工程专业的学生普遍对3D打印原理不够了解，此专业学生在开展3D实践教学过程中，首先需要让学生了解3D打印技术的原理，并结合实际打印案例，让学生对3D打印成型有一个全面的了解，涵盖3D打印技术原理、应用领域、技术优缺点及其分类、3D建模、材料后期处理、打印工艺材料与参数设计等方面的内容。

为丰富课堂教学内容，充分发挥出3D打印技术的应用效果，院校需要将3D打印技术融入到实践教学体系中，以科学发展观，为学生树立科技兴国、人才强国的教育目标，通过设立3D打印实验室的方式，培养一批批拥有先进制造技术的成型及控制工程专业的高质量、高素养的专业人才[3]。通过实验室平台的搭建，让学生有充足的时间和机会，对基于3D打印技术之下，材料的成型工艺参数设计及其制造过程有一个全面的认知，通过反复研究，熟练掌握好部分常见材料成型设备的操作方法，以便学生步入社会后，能够迅速适应岗位角色，服务于行业与社会。学校搭建3D实验室平台时，需要对其定位进行明确，以便为实验室规划设计、设备供应提供清晰思路，除了应用于高效科研、教学实践之外，还可以将其面向社会提供服务，这样不仅可以解决企业困难，还能促进高校与企业之间的合作交流，“引进来与走出去”为学生了解行业发展最新动态提供关键性信息，有利用学生跟进社会发展方向，进而针对性的提升所学专业制造技术的应用范围。

结束语

本文基于现阶段我国3D打印技术的应用现状进行分析，并对其应用在材料成型及控制工程专业的必要性与局限性展开探讨。研究3D技术在专业石膏型精密铸造中的应用优势，希望可以为相关专业的教学实践提供一定的探索及实施建议。

参考文献

[1]柳翊,郭玉波,石磊等.3D打印技术在材料成型及控制工程专业实践教学中的应用探索[J].轻工科技,2021,37(08):137-138.

[2]桂凯旋,段园培,王刚等.材料成型及控制工程专业3D打印实践教学课程建设[J].教育教学论坛,2020(51):240-242.

[3]樊坤阳,彭必友,李玉和等.《3D打印原理及技术》教学改革的思考[J].大众标准化,2020(18):187-189.