3D打印在工作改进中的几个应用场景

3D打印技术是一种快速实物生成技术，在研发设计工作中发挥着重要作用，具有成型速度快、操作简单、个性化程度高等优点，可以使我们快速获取更接近设计理念的实物原型。以下是我们近期的几个案例，给大家分享一下。

1     3D打印在提高美观性方面的应用场景

近期我们设计了一种充电桩降噪装置，通过3D打印在提高美观性方面达到了比较好的效果。降噪装置三维图如图1所示，该降噪装置主要由外框、三折弯结构组成。外框和三折弯结构的材质为轻质化吸音隔音阻燃材料。三折弯结构位于外框内部，兼顾通风散热和降噪效果。

图1 降噪装置三维结构图

通过手工制作出的降噪装置样品如图2、图3所示。前期样品的三折弯吸音板通过钢钉固定在外框内侧。后期样品的外框由纤维软材质更换为EPP发泡硬材质（进一步提高了强度），并通过3D打印技术制作出三折弯凹槽结构装配到外框内侧，最后将三折弯吸音板插装到凹槽内即可。3D打印技术的引入使样品更加美观，距离产品化更进一步，前、后期样品外观的差异如表1所示。

   图2 前期样品                                       图3后期样品及3D打印的凹槽结构

表1 前、后期样品外观的差异

2 3D打印在减少开模注塑研发费用方面的应用场景

疫情期间，无法外出拓展业务，我们便自行设计了一款可折叠衣架，如图4所示为可折叠衣架三维图。

图4 可折叠衣架三维图

该衣架具有可折叠收纳减少空间占用、多档位伸展适应上衣肩宽等功能特点，如图5所示。

图5 衣服架的折叠缩小图示

移动梁在固定梁内侧滑动时，可调节档位（移动梁外侧的小凸起位于固定梁内侧的凹槽之内时，稳定在该档位），适用于不同尺寸的衣服。在最小档位时，横向尺寸约为320mm，适合一般孩童的衣服；在中间档位时，横向尺寸约为400mm，适合中等体型成年人的衣服；在最大档位时，横向尺寸约为505mm，适合体型高大人士的衣服。

图6 移动梁与固定梁

档位调节是可折叠衣架的关键环节，我们采用3D打印技术制作原型进行档位调节结构的功能验证，以便减少研发费用投入，验证情况如表2所示。通过验证，档位调节在底部时，移动梁与固定梁的配合力量过大，无法滑动移动梁进行档位调节；档位调节在两侧时，可进行档位调节。经过几次配合间隙的调整，分别将伸缩过程中的单侧过盈量设定为0.2mm、0.3mm、0.4mm和0.5mm，最终确定单侧过盈量为0.5mm，此时进行档位调节的力量适中。

表2 衣架档位调节结构方案验证情况

档位调节结构涉及到两套模具的加工，总价值约5万元，如果不经过充分验证，直接开模注塑，将会增加至少十数万元的成本，这样是不可行的。因此，我们要把3D打印技术合理地运用于降低研发费用。

3 3D打印在验证原理有效性方面的应用场景

为了便捷地清理充电桩充电模块内部堆积的灰尘，客户邀请我们参与设计了一种除尘装置。该除尘装置主要由吸尘器和转接装置组成，我们设计了除尘装置中的转接装置，将转接装置与吸尘器管连接起来，然后对准充电模块的进风口，启动吸尘器，即可达到除尘效果，其原理图如图7所示。

图7 除尘装置原理图

为了验证设计原理的有效性，我们通过3D打印技术快速制作原型进行验证。设计的转接装置由简单到复杂，逐步优化，除尘的效果也是越来越好，最终设计出的转接装置包含主壳体、扰动叶轮、滑阀、密封垫等，如图8所示。

图8 转接装置三维图

第一个设计方案的转接装置是一个简易的转接管，气流由充电模块内部经过转接管的两个吸尘口到吸尘器内部，通过3D打印原型验证，几乎没有效果。

第二个设计方案在结构上进一步优化，增加风扇，风扇在气流冲击下旋转产生振动，通过振动使附着在充电模块内部结构上的灰尘脱落，增强除尘效果，通过验证，除尘效果仍然不理想。

第三个设计方案在结构上更进一步优化，同时将风扇更换为自制的扰动叶轮，多次改变扰动叶轮的参数并进行验证，最终确定扰动叶轮的螺旋线螺距和端面开口角度分别为120mm、90°（在此之前，还依次验证过参数为80mm-38°、80mm-90°、80mm-180°、120mm-38°、120mm-180°的效果），此时扰动叶轮在气流冲击下旋转产生的振动最强烈，除尘效果最理想；另外，增加了滑阀，分别控制左右两侧通道气流的通断，分别清理左右两侧的灰尘比一次性大面积除尘的效果更好。

该设计项目通过3D打印技术制作出转接装置原型，搭配市售的吸尘器，最终通过验证达到较为理想的除尘效果。

4 结语

以上给大家分享了几个案例，3D打印在提高产品美观性、减少开模注塑研发费用、验证原理有效性等方面发挥着重要作用。至今3D打印技术发展已经非常成熟，价格也逐渐降低到我们的接受范围，如果我们在研发设计工作中更多地了解3D打印，将在实物原型快速获取方面给我们带来极大的便利，便于产品迭代创新、便于验证设计的合理性。

我们会与各位同仁及时分享新案例，同时欢迎各位同仁来到花园路园区，近距离接触3D打印机，与我们交流3D打印技术相关的应用，希望对大家的工作有所帮助。