个人作业：模具制作与铸造

本次小组作业基于"模具制作与铸造"课程内容，完成了两个实践项目：

1. 利用乐高积木、胶泥和聚氨酯树脂(PU)制作小狗笔筒陶像
2. 利用铟锡铋低温合金，借助热水和注射器，浇筑小锡兵模型

详细内容可访问小组页面：https://fabacademy.org/2025/labs/chaihuo/docs/week14/chaihuo/week14_group_assignment/。

项目概述

本个人作业基于"模具制作与铸造"课程内容，完成了一个纪念币的设计与制作。项目经历了多次迭代，从直接3D打印模型，到设计刚性模具直接铸造，最终采用了"刚性模型→弹性模具→最终产品"的标准流程。通过这一过程，我深入理解了模具设计的核心原则、材料特性以及制作工艺的重要性。

设计目标与材料

设计目标

• 创作一枚双面纪念币，一面是柴火创客空间的Logo，另一面是Fab Lab的Logo
• 获得表面光滑的最终产品
• 实践课堂所学的模具制作与铸造技术

使用材料

• 3D打印材料：金色PLA材料（Bambu Lab A1 Combo打印机）
• 模具材料：模具硅胶
• 铸造材料：聚氨酯树脂快干AB水（按1:1比例混合）
• 脱模剂：白凡士林

使用工具

• Fusion 360（设计软件）
• 3D打印机（Bambu Lab A1 Combo）
• 工具钳（固定模具）
• 塑料量杯（材料混合）
• 木棒（搅拌用）
• 软毛刷（涂抹脱模剂）

设计与制作过程

第一次尝试：直接3D打印纪念币模型

我最初的想法是直接通过3D打印制作出纪念币模型，这样可以快速验证设计效果。

设计与打印过程

1. 使用Fusion 360设计了一个直径约1欧元大小（直径 23.25mm）的双面纪念币

纪念币的一面是柴火的 logo

纪念币的另一面是 Fab LAB 的 logo，为了测试未来模具的细节，我添加了一些文字

获取设计源文件：https://a360.co/4k0d0Cm

2. 一面设计为柴火创客空间的Logo，另一面为Fab Lab的Logo
3. 设计了适当的厚度和文字细节，并输出为 .stl 文件
4. 使用 Banbu Lab A1 3D 打印机，PLA Silk 材质进行直接打印，为了提高表面光滑度，我在 Banbu Studio 软件的打印质量设置里开启了“熨烫”选项，并设置熨烫模式为“同心.”

使用 Banbu Lab A1 3D 打印机，PLA Silk 材质进行直接打印，在 Banbu Studio 软件的打印质量设置里开启了“熨烫”选项

5. 我检查了背面的切片预览效果，发现文字细节已经无法正常输出了。于是把纪念币放大到直径 35mm，才勉强能看清了文字。

对于欧元大小的徽章，稍微复杂些的文字细节，已经超过了 3D 打印机能够表现的极限，

将打印的纪念币放大到 35mm

为了提高打印精度，将工艺设置为 * 0.12mm High Quality @BBL A1。

在切片预览中现在能看到文字效果了

遇到的问题

• 打印出的模型只有上表面较为光洁，底面的悬垂部分质量很差
• 模型尺寸太小（约1欧元大小），打印精度不足以呈现细节
• 整体效果不理想，无法满足"光滑表面"的作业要求

打印置于顶面的效果，加了熨烫效果还不错，但文字部分还是变形较大

底面就完全没法看了

通过 3D 打印尺寸较小的徽章原件看来行不通。

第二次尝试：设计直接铸造的刚性模具

认识到直接打印的局限性后，我决定设计一个可拼合的两半模具，用于直接铸造最终的纪念币。

设计思路

1. 重新设计了分体式模具，由两个可拼合的半边组成。
2. 模具内部为纪念币的负型，并增大了纪念币的尺寸，让文字的细节能够充分表现。
3. 添加了注入口和排气孔，以及用球形和模具模型进行剪切与合并生成 4 个可以彼此咬合的定位栓。完成的设计被导出为.step 文件。

设计源文件：https://a360.co/4jx01bi

4. 在 Banbu Studio 中通过参数调整优化了打印设置，提高表面光洁度。为了保持文字细节清晰，我将墙生成器选项修改为了 Arachne。因为 Arachne 能够根据文字的细微结构调整挤出线宽，更精确地打印出文字的轮廓和细节，并优化填充路径，减少因固定线宽限制而产生的问题。 在切片软件中看到文字清晰，正是 Arachne 这种精细化处理能力的体现。

墙生成器改为 Arachne 能改善文字显示效果

制作过程

1. 使用 Bambu Lab A1 Combo 打印出两个模具部件，为了提高打印质量，我还开启了擦拭塔，打出的磨具看着还不错。

2 个模具可以扣在一起，并预留了注入孔和排气孔

2. 在模具内部我用了一个比较有弹性的废旧牙刷，均匀涂抹白凡士林作为脱模剂，我想这样的处理应该可以使表面变得光滑且易于脱模

为打印好的磨具刷上凡士林

3. 使用工具钳将两半模具夹紧固定，现在唯一担心的就是感觉注口太小了。

使用工具钳将模具加紧并固定好

4. 尝试通过注入口灌注调好的 AB水，我尝试做了一个小漏斗，但因为口小注入速度很慢，导致还没灌满就进入了凝结状态。

太小的注入口导致浇筑困难

遇到的问题

• 注入口设计过小，AB水还没灌满就开始凝固
• 凝固后的产品几乎无法从PLA模具中脱模
• 在尝试脱模过程中，模具和产品都被损坏
• 整个流程设计存在根本性错误：直接用刚性模具铸造刚性成品，缺少弹性中间步骤

灌注到 1 半的时候就开始凝结，且无法脱模，虽然有脱模剂，但铸件还是牢牢的粘在模具上

从刚性模具上取下产品简直就是场灾难

第三次尝试：标准的三步流程

在前两次失败后，我重新审视了课程内容，意识到应该遵循"刚性模型→弹性模具→最终产品"的标准流程。

设计改进

1. 重新设计了纪念币模型，增大了尺寸（直径约 73 毫米）
2. 简化了Logo图案，增加了浮雕深度，提高可识别性，由双面改为单面
3. 设计了适合制作硅胶模具的模型（正模而非负模）
4. 考虑到脱模角度，确保没有悬垂或倒扣结构
5. 为纪念币模型增加了模具围框，方便直接灌注硅胶就可以得到模具

设计源文件：https://a360.co/3Gs4Js7

制作步骤

1. 打印刚性模型
   • 使用优化的打印参数（0.12mm层高，100%填充）打印出纪念币模型
   • 对打印件进行后处理，轻微打磨表面提高光洁度

2. 制作硅胶模具
   • 均匀涂抹白凡士林脱模剂
   • 按说明书比例混合硅胶和固化剂
   • 缓慢倒入硅胶，确保覆盖模型且无气泡
   • 模具够结实，可以叩击桌面以加快排出气泡的速度
   • 室温下静置24小时，等待硅胶完全固化

向模具中倒入混合了固化剂的硅胶

多次用力叩击桌面，加速气泡排出，然后静置 24 小时

3. 铸造最终产品
   • 从硅胶模具中取出原始模型

这个过程比较容易，硅胶模具很容易的就可以从打印模具中取出

- 在硅胶模具内表面再次涂抹薄层脱模剂
- 按1:1比例准备AB水
- 快速混合AB两种组分（约15-20秒）
- 在工作时间内（1.5-2分钟）倒入混合好的AB水
- 轻轻震动模具以消除气泡
- 等待约20分钟后小心脱模

向硅胶模具中注入配制好的 AB 水

成果展示与分析

最终成品

最终制作出的纪念币具有以下特点：

• 直径约 7 厘米，厚度约 1.5 厘米
• 表面还不错，细节清晰可辨
• 单面设计，展示了柴火创客空间的 Logo
• 形状规整，边缘平滑，底部有部分地方还是有气泡的痕迹

技术分析

1. 表面质量：通过硅胶模具转印，成功获得了高光洁度表面
2. 细节还原：Logo的线条清晰可辨，边缘锐利
3. 材料特性：AB水固化后坚硬耐用，具有很好的保存性能
4. 尺寸精度：与原始设计相比，尺寸误差控制在0.5mm以内

经验总结

成功之处

• 采用正确的"刚性模型→弹性模具→最终产品"流程
• 优化了3D打印参数，获得高质量的原始模型
• 硅胶模具制作时有效控制了气泡问题
• AB水快速灌注时把握了时间窗口

改进空间

• 可以尝试使用更高分辨率的打印设置或SLA打印机
• 设计专门的浇注系统，而不是简单地倒入
• 探索添加色粉，使最终产品更具视觉吸引力
• 考虑使用压力辅助或真空辅助技术进一步减少气泡

学习心得

通过这次个人作业，我深刻理解了以下几点：

1. 流程的重要性：模具制作与铸造有其固有的工艺流程，跳过或简化步骤往往会导致失败
2. 材料特性的理解：不同材料（刚性PLA、弹性硅胶、固化后的AB水）有着截然不同的特性，理解这些特性对成功至关重要
3. 设计思维的转变：从"直接制造产品"到"制造用于制造产品的工具"，这种思维方式的转变对工业设计领域至关重要
4. 失败中的学习：前两次失败尝试提供了宝贵的经验，引导我找到了正确的方法
5. 耐心的价值：模具制作是一个需要耐心的过程，特别是等待材料固化的阶段

结论

本次模具制作与铸造项目成功完成了从设计到制作的全流程。虽然经历了两次失败的尝试，但正是这些失败引导我找到了正确的方法。最终制作出的纪念币达到了表面光滑、细节清晰的要求，成功应用了课程中学习的知识与技能。

这次实践不仅加深了我对模具制作与铸造理论的理解，也培养了解决问题的能力和工艺流程的规划能力。通过亲手完成从设计到制作的全过程，我对数字制造有了更全面的认识，特别是对于如何将数字设计转化为实体产品有了更深入的体会。