3D打印在工作改進中的幾個應用場景

3D打印技術是一種快速實物生成技術，在研發(fā)設計工作中發(fā)揮著重要作用，具有成型速度快、操作簡單、個性化程度高等優(yōu)點，可以使我們快速獲取更接近設計理念的實物原型。以下是我們近期的幾個案例，給大家分享一下。

1     3D打印在提高美觀性方面的應用場景

近期我們設計了一種充電樁降噪裝置，通過3D打印在提高美觀性方面達到了比較好的效果。降噪裝置三維圖如圖1所示，該降噪裝置主要由外框、三折彎結構組成。外框和三折彎結構的材質為輕質化吸音隔音阻燃材料。三折彎結構位于外框內部，兼顧通風散熱和降噪效果。

圖1 降噪裝置三維結構圖

通過手工制作出的降噪裝置樣品如圖2、圖3所示。前期樣品的三折彎吸音板通過鋼釘固定在外框內側。后期樣品的外框由纖維軟材質更換為EPP發(fā)泡硬材質（進一步提高了強度），并通過3D打印技術制作出三折彎凹槽結構裝配到外框內側，最后將三折彎吸音板插裝到凹槽內即可。3D打印技術的引入使樣品更加美觀，距離產品化更進一步，前、后期樣品外觀的差異如表1所示。

   圖2 前期樣品                                       圖3后期樣品及3D打印的凹槽結構

表1 前、后期樣品外觀的差異

2 3D打印在減少開模注塑研發(fā)費用方面的應用場景

疫情期間，無法外出拓展業(yè)務，我們便自行設計了一款可折疊衣架，如圖4所示為可折疊衣架三維圖。

圖4 可折疊衣架三維圖

該衣架具有可折疊收納減少空間占用、多檔位伸展適應上衣肩寬等功能特點，如圖5所示。

圖5 衣服架的折疊縮小圖示

移動梁在固定梁內側滑動時，可調節(jié)檔位（移動梁外側的小凸起位于固定梁內側的凹槽之內時，穩(wěn)定在該檔位），適用于不同尺寸的衣服。在最小檔位時，橫向尺寸約為320mm，適合一般孩童的衣服；在中間檔位時，橫向尺寸約為400mm，適合中等體型成年人的衣服；在最大檔位時，橫向尺寸約為505mm，適合體型高大人士的衣服。

圖6 移動梁與固定梁

檔位調節(jié)是可折疊衣架的關鍵環(huán)節(jié)，我們采用3D打印技術制作原型進行檔位調節(jié)結構的功能驗證，以便減少研發(fā)費用投入，驗證情況如表2所示。通過驗證，檔位調節(jié)在底部時，移動梁與固定梁的配合力量過大，無法滑動移動梁進行檔位調節(jié)；檔位調節(jié)在兩側時，可進行檔位調節(jié)。經過幾次配合間隙的調整，分別將伸縮過程中的單側過盈量設定為0.2mm、0.3mm、0.4mm和0.5mm，最終確定單側過盈量為0.5mm，此時進行檔位調節(jié)的力量適中。

表2 衣架檔位調節(jié)結構方案驗證情況

檔位調節(jié)結構涉及到兩套模具的加工，總價值約5萬元，如果不經過充分驗證，直接開模注塑，將會增加至少十數萬元的成本，這樣是不可行的。因此，我們要把3D打印技術合理地運用于降低研發(fā)費用。

3 3D打印在驗證原理有效性方面的應用場景

為了便捷地清理充電樁充電模塊內部堆積的灰塵，客戶邀請我們參與設計了一種除塵裝置。該除塵裝置主要由吸塵器和轉接裝置組成，我們設計了除塵裝置中的轉接裝置，將轉接裝置與吸塵器管連接起來，然后對準充電模塊的進風口，啟動吸塵器，即可達到除塵效果，其原理圖如圖7所示。

圖7 除塵裝置原理圖

為了驗證設計原理的有效性，我們通過3D打印技術快速制作原型進行驗證。設計的轉接裝置由簡單到復雜，逐步優(yōu)化，除塵的效果也是越來越好，最終設計出的轉接裝置包含主殼體、擾動葉輪、滑閥、密封墊等，如圖8所示。

圖8 轉接裝置三維圖

第一個設計方案的轉接裝置是一個簡易的轉接管，氣流由充電模塊內部經過轉接管的兩個吸塵口到吸塵器內部，通過3D打印原型驗證，幾乎沒有效果。

第二個設計方案在結構上進一步優(yōu)化，增加風扇，風扇在氣流沖擊下旋轉產生振動，通過振動使附著在充電模塊內部結構上的灰塵脫落，增強除塵效果，通過驗證，除塵效果仍然不理想。

第三個設計方案在結構上更進一步優(yōu)化，同時將風扇更換為自制的擾動葉輪，多次改變擾動葉輪的參數并進行驗證，最終確定擾動葉輪的螺旋線螺距和端面開口角度分別為120mm、90°（在此之前，還依次驗證過參數為80mm-38°、80mm-90°、80mm-180°、120mm-38°、120mm-180°的效果），此時擾動葉輪在氣流沖擊下旋轉產生的振動最強烈，除塵效果最理想；另外，增加了滑閥，分別控制左右兩側通道氣流的通斷，分別清理左右兩側的灰塵比一次性大面積除塵的效果更好。

該設計項目通過3D打印技術制作出轉接裝置原型，搭配市售的吸塵器，最終通過驗證達到較為理想的除塵效果。

4 結語

以上給大家分享了幾個案例，3D打印在提高產品美觀性、減少開模注塑研發(fā)費用、驗證原理有效性等方面發(fā)揮著重要作用。至今3D打印技術發(fā)展已經非常成熟，價格也逐漸降低到我們的接受范圍，如果我們在研發(fā)設計工作中更多地了解3D打印，將在實物原型快速獲取方面給我們帶來極大的便利，便于產品迭代創(chuàng)新、便于驗證設計的合理性。

我們會與各位同仁及時分享新案例，同時歡迎各位同仁來到花園路園區(qū)，近距離接觸3D打印機，與我們交流3D打印技術相關的應用，希望對大家的工作有所幫助。