3D打印在工作改進(jìn)中的幾個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景

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

1     3D打印在提高美觀性方面的應(yīng)用場(chǎng)景

近期我們?cè)O(shè)計(jì)了一種充電樁降噪裝置，通過(guò)3D打印在提高美觀性方面達(dá)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(jié)構(gòu)組成。外框和三折彎結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為輕質(zhì)化吸音隔音阻燃材料。三折彎結(jié)構(gòu)位于外框內(nèi)部，兼顧通風(fēng)散熱和降噪效果。

圖1 降噪裝置三維結(jié)構(gòu)圖

通過(guò)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(guò)鋼釘固定在外框內(nèi)側(cè)。后期樣品的外框由纖維軟材質(zhì)更換為EPP發(fā)泡硬材質(zhì)（進(jìn)一步提高了強(qiáng)度），并通過(guò)3D打印技術(shù)制作出三折彎凹槽結(jié)構(gòu)裝配到外框內(nèi)側(cè)，最后將三折彎吸音板插裝到凹槽內(nèi)即可。3D打印技術(shù)的引入使樣品更加美觀，距離產(chǎn)品化更進(jìn)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(jié)構(gòu)

表1 前、后期樣品外觀的差異

2 3D打印在減少開(kāi)模注塑研發(fā)費(fèi)用方面的應(yīng)用場(chǎng)景

疫情期間，無(wú)法外出拓展業(yè)務(wù)，我們便自行設(shè)計(jì)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(yīng)上衣肩寬等功能特點(diǎn)，如圖5所示。

圖5 衣服架的折疊縮小圖示

移動(dòng)梁在固定梁內(nèi)側(cè)滑動(dòng)時(shí)，可調(diào)節(jié)檔位（移動(dòng)梁外側(cè)的小凸起位于固定梁內(nèi)側(cè)的凹槽之內(nèi)時(shí)，穩(wěn)定在該檔位），適用于不同尺寸的衣服。在最小檔位時(shí)，橫向尺寸約為320mm，適合一般孩童的衣服；在中間檔位時(shí)，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(shí)，橫向尺寸約為505mm，適合體型高大人士的衣服。

圖6 移動(dòng)梁與固定梁

檔位調(diào)節(jié)是可折疊衣架的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，我們采用3D打印技術(shù)制作原型進(jìn)行檔位調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的功能驗(yàn)證，以便減少研發(fā)費(fèi)用投入，驗(yàn)證情況如表2所示。通過(guò)驗(yàn)證，檔位調(diào)節(jié)在底部時(shí)，移動(dòng)梁與固定梁的配合力量過(guò)大，無(wú)法滑動(dòng)移動(dòng)梁進(jìn)行檔位調(diào)節(jié)；檔位調(diào)節(jié)在兩側(cè)時(shí)，可進(jìn)行檔位調(diào)節(jié)。經(jīng)過(guò)幾次配合間隙的調(diào)整，分別將伸縮過(guò)程中的單側(cè)過(guò)盈量設(shè)定為0.2mm、0.3mm、0.4mm和0.5mm，最終確定單側(cè)過(guò)盈量為0.5mm，此時(shí)進(jìn)行檔位調(diào)節(jié)的力量適中。

表2 衣架檔位調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)方案驗(yàn)證情況

檔位調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)涉及到兩套模具的加工，總價(jià)值約5萬(wàn)元，如果不經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證，直接開(kāi)模注塑，將會(huì)增加至少十?dāng)?shù)萬(wàn)元的成本，這樣是不可行的。因此，我們要把3D打印技術(shù)合理地運(yùn)用于降低研發(fā)費(fèi)用。

3 3D打印在驗(yàn)證原理有效性方面的應(yīng)用場(chǎng)景

為了便捷地清理充電樁充電模塊內(nèi)部堆積的灰塵，客戶邀請(qǐng)我們參與設(shè)計(jì)了一種除塵裝置。該除塵裝置主要由吸塵器和轉(zhuǎn)接裝置組成，我們?cè)O(shè)計(jì)了除塵裝置中的轉(zhuǎn)接裝置，將轉(zhuǎn)接裝置與吸塵器管連接起來(lái)，然后對(duì)準(zhǔn)充電模塊的進(jìn)風(fēng)口，啟動(dòng)吸塵器，即可達(dá)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(yàn)證設(shè)計(jì)原理的有效性，我們通過(guò)3D打印技術(shù)快速制作原型進(jìn)行驗(yàn)證。設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)接裝置由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，逐步優(yōu)化，除塵的效果也是越來(lái)越好，最終設(shè)計(jì)出的轉(zhuǎn)接裝置包含主殼體、擾動(dòng)葉輪、滑閥、密封墊等，如圖8所示。

圖8 轉(zhuǎn)接裝置三維圖

第一個(gè)設(shè)計(jì)方案的轉(zhuǎn)接裝置是一個(gè)簡(jiǎn)易的轉(zhuǎn)接管，氣流由充電模塊內(nèi)部經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)接管的兩個(gè)吸塵口到吸塵器內(nèi)部，通過(guò)3D打印原型驗(yàn)證，幾乎沒(méi)有效果。

第二個(gè)設(shè)計(jì)方案在結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步優(yōu)化，增加風(fēng)扇，風(fēng)扇在氣流沖擊下旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動(dòng)，通過(guò)振動(dòng)使附著在充電模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的灰塵脫落，增強(qiáng)除塵效果，通過(guò)驗(yàn)證，除塵效果仍然不理想。

第三個(gè)設(shè)計(jì)方案在結(jié)構(gòu)上更進(jìn)一步優(yōu)化，同時(shí)將風(fēng)扇更換為自制的擾動(dòng)葉輪，多次改變擾動(dòng)葉輪的參數(shù)并進(jìn)行驗(yàn)證，最終確定擾動(dòng)葉輪的螺旋線螺距和端面開(kāi)口角度分別為120mm、90°（在此之前，還依次驗(yàn)證過(guò)參數(shù)為80mm-38°、80mm-90°、80mm-180°、120mm-38°、120mm-180°的效果），此時(shí)擾動(dòng)葉輪在氣流沖擊下旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)最強(qiáng)烈，除塵效果最理想；另外，增加了滑閥，分別控制左右兩側(cè)通道氣流的通斷，分別清理左右兩側(cè)的灰塵比一次性大面積除塵的效果更好。

該設(shè)計(jì)項(xiàng)目通過(guò)3D打印技術(shù)制作出轉(zhuǎn)接裝置原型，搭配市售的吸塵器，最終通過(guò)驗(yàn)證達(dá)到較為理想的除塵效果。

4 結(jié)語(yǔ)

以上給大家分享了幾個(gè)案例，3D打印在提高產(chǎn)品美觀性、減少開(kāi)模注塑研發(fā)費(fèi)用、驗(yàn)證原理有效性等方面發(fā)揮著重要作用。至今3D打印技術(shù)發(fā)展已經(jīng)非常成熟，價(jià)格也逐漸降低到我們的接受范圍，如果我們?cè)谘邪l(fā)設(shè)計(jì)工作中更多地了解3D打印，將在實(shí)物原型快速獲取方面給我們帶來(lái)極大的便利，便于產(chǎn)品迭代創(chuàng)新、便于驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。

我們會(huì)與各位同仁及時(shí)分享新案例，同時(shí)歡迎各位同仁來(lái)到花園路園區(qū)，近距離接觸3D打印機(jī)，與我們交流3D打印技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用，希望對(duì)大家的工作有所幫助。