摘 要本文简述3D打印技术在模具设计和制造环节中的应用，分析其在模具行业实际应用的优越性和限制因素。本论文重点是针对自制FDM式3D打印机的工作原理、打印材料、参数功能等进行论述分析，并对整机装配调试使用时出现问题和解决措施等研究分析。进而充分理解掌握FDM技术。
目 录
第一章 引言 1
第二章 3D打印技术在模具行业的应用 2
2.1 在模具设计和制造环节的应用 2
2.2 应用的优越性和限制因素 3
第三章 自制3D打印机 4
3.1 工作原理 4
3.2 打印材料 5
3.3 参数功能 6
3.4 问题及解决措施 9
3.5 创新感及模型展示 10
结束语 12
致谢 13
参考文献 14
第一章 引言
3D打印技术作为先进制造技术之一，在模具制造行业也被广泛应用，例如:基于RP＆M技术的快速模具制造（RM）技术和打印出产品研发时的样件用于开模。
3D打印技术的实质是“增材制造”，主要技术类型有：光固化成型（SLA）、选择性激光烧结（SLS）、熔融堆积（FDM）、分层实体制造(LOM)、三维粉末粘接（3DP）。其中SLS和3DP技术可应用于快速金属模具制造（RMT），FDM技术多用于研发时样板件制造或实验教学演示等。
3D打印技术在模具行业的应用
2.1 在模具设计和制造环节的应用
在模具设计环节中，可以3D打印出产品样件，用于辅助模具设计。
更多的是应用在模具制造上，基于3D打印技术的快速模具制造有两大类:间接制模和直接制模。较为成熟的方法多为间接制模法。间接制模的工艺流程是：
3D打印出原型
翻模得到模具的负型
填充金属粉末以及粘结剂
烧结成模具。
其实质就是利用三维实体原型间接地翻制模具。根据所用材质的不同可分为，一般分为软质模具和硬质模具两大类。
表2.1两种模具的基本情况
模具分类
所用材质
件数
特点
制造方法
软 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: #351916072# 
质模具
硅橡胶和环氧树脂等
单件、小批量
制造成本低
制作周期短
硅橡胶浇注法、金属喷涂法、树脂浇注法等
硬质模具
碳素工具钢、低合金工具钢等
中、大批量
使用寿命长
制造周期较长
熔模铸造法、电火花加工法、陶瓷型精密铸造法等。
还采用3D打印技术中的选择性激光烧结（SLS）和三维粉末粘接（3DP）直接制模。
SLS工艺流程是:先在基底铺上一层粉末
压实
根据三维实体模型的分层数据，激光选择性对粉末烧结
再铺一层粉末进行新一层烧结。如此进行逐层烧结直至得到实体模型。SLS直接成型体的强度低，还会有未熔颗粒的附着，故表面质量较差。
3DP工艺类似于喷墨打印机，铺粉装置用来在基底或前一层粉末上铺粉，喷嘴喷射固化结合剂，一层一层堆积成三维实体，再进行烧结、浸渗，最终得到模具。
3DP打印出来的的模具密度只有理论密度的的60%，强度低，精度和表面粗糙度
表2.2两种工艺的有关性能参数
材料
尺寸规格
尺寸精度
表面粗糙度
SLS
石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末
中、小
较低
较差
3DP
聚合物、金属或陶瓷粉末
中、小
较低
与铸造相当
表
2.2 应用的优越性和限制因素
现阶段，3D打印模具还不能代替传统模具制造，但与传统模具制造相比，其有着明显的优势:
1.大大缩短模具生产周期 3D打印模具可以缩短产品的研发和开模，特别适合现代制造改型快的特性。
2.降低模具生产成本 在模具的设计、制造和后期维护中，都可以使用3D打印来降低成本。
3.3D生产制造时，材料利用率高 其是增材制造，大大减少了材料的浪费。
4.可加快促进产品的研发和更新 3D打印技术改变着设计者的思考方式和方向，又能快速验证可行性，大大提高了研发效率。
但就目前来看，3D打印模具也有着很多限制因素:
1.可用来打印模具的材料较少；
2.3D打印模具的尺寸受限，不能满足大型模具的制造；
3.力学性能难以保证，打印精度和粗糙度较差。
自制3D打印机
3D打印技术虽有着诸多限制因素，但已经被运用应用到众多领域，日常生活中都有着它的身影。我们在大学生创新训练时，自主设计制作了一台FDM式的3D打印机。
3.1 工作原理
在做大学生创新时，我们选择采用FDM工艺设计制作3D打印机，原因有以下几点:1.部件结构原理和操作比较简单，维护保养比较方便，系统运行比较安全；2.制造成本低；3.成型材料种类多(一般为热塑性材料，丝状），成型件强度较高；4.有开源项目作支撑；5.打印工序比较简单，工艺流程短等。
FDM工艺是将丝状热塑性材料加热融化后，通过微细喷嘴挤出，堆积在制作面板（热床）或已固化的材料上，逐层堆积形成实体。自制3D打印机实际操作如下:
首先在绘图软件中建立三维实体模型，导入切片引擎中对三维模型进行切片处理，生成gcode文件。载入打印程序后，打印程序连接固件，控制喷嘴在X轴方向上做往复直线运动，控制热床在Y轴方向上做往复直线运动，控制支撑挤出部件的导轨在Z周方向上做直线运动。材料从喷嘴按运动轨迹挤出后会快速冷却凝固，固化在热床或前有一层面上。打印完成一层截面后，挤出机构垂直上移打印下一层，直至打印完成整个实体。后期处理去除支撑或毛刺等。
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图3.1自制3D打印机
3.2 打印材料

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