全景工廠
行業(yè)案例
CASE
行業(yè)/分類(lèi)：其他手板模型加工
加工方式: 3D打印 使用材料: 樹(shù)脂
最小精度: 0.1mm 生產(chǎn)周期: 2~7天
產(chǎn)品尺寸: 10cm*3cm*5cm
后處理: 噴油
案例介紹
4合1線材輪轂手板模型指集成四種線材特性（如剛性、柔性、透明、金屬色）的輪轂原型，常用于汽車(chē)改裝、工業(yè)設(shè)計(jì)驗(yàn)證及教具開(kāi)發(fā)。以下從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到功能實(shí)現(xiàn)的完整技術(shù)路徑，兼顧多材料兼容性與力學(xué)性能：
一、輪轂結(jié)構(gòu)與線材特性規(guī)劃
4 合 1 功能分區(qū)設(shè)計(jì)
剛性支撐區(qū)：
輪輻主體：ABS/ASA（抗拉強(qiáng)度 40MPa），壁厚 3mm，支撐輪轂承重；
柔性緩沖區(qū)：
輪輞邊緣：TPU 95A（邵氏硬度），厚度 2mm，模擬防爆胎緩沖；
透明展示區(qū)：
輪轂蓋：透明光敏樹(shù)脂（透光率≥80%），內(nèi)置 LED 安裝位；
金屬質(zhì)感區(qū)：
螺栓孔周邊：不銹鋼粉末燒結(jié)（SLM），直徑 5mm，模擬真車(chē)螺栓。
三維建模關(guān)鍵參數(shù)
尺寸標(biāo)準(zhǔn)：
1:10 比例模型：直徑 60mm（對(duì)應(yīng)真車(chē)輪轂 18 英寸），輪寬 20mm；
結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)：
螺栓孔：6 孔均布，孔距 50mm，直徑 3mm（適配 M2.5 螺絲）；
散熱槽：輪輻開(kāi)設(shè) 5×2mm 矩形槽，間距 10mm，模擬真實(shí)輪轂散熱。
二、多材料打印工藝選型
| 工藝類(lèi)型 | 線材組合 | 精度 | 適合部件 | 成型難點(diǎn) |
|---|---|---|---|---|
| 多噴頭 FDM（如 Prusa i3 MMU） | ABS+TPU+PLA 透明 + 金屬絲 | ±0.1mm | 低成本多材料原型 | 線材切換精度控制 |
| 多材料 SLA（如 Stratasys J750） | 剛性樹(shù)脂 + 柔性樹(shù)脂 + 透明樹(shù)脂 | ±0.05mm | 高精度外觀模型 | 支撐拆除易損傷細(xì)節(jié) |
| SLS + 后處理染色 | 尼龍 12 + 金屬涂層 | ±0.1mm | 耐磨損功能驗(yàn)證模型 | 表面處理工序復(fù)雜 |
| 混合工藝 | SLA 打印主體 + FDM 打印柔性件 | ±0.1mm | 分部件多材料組合 | 組裝精度要求高 |
材料組合案例：
輪輻：ABS（240℃打印），輪輞 TPU（230℃打印），通過(guò)共擠出噴頭實(shí)現(xiàn)過(guò)渡；
金屬質(zhì)感區(qū)：PLA + 銅粉線材（含 20% 金屬粉末），打印后電鍍處理。
三、切片參數(shù)與打印優(yōu)化
多噴頭 FDM 關(guān)鍵設(shè)置
線材切換策略：
剛性 – 柔性過(guò)渡區(qū)：設(shè)置 5mm 漸變層，ABS 與 TPU 交替擠出（每層切換一次）；
透明區(qū)打印：層厚 0.1mm，填充率 100%，提升透光均勻性。
支撐設(shè)計(jì)：
輪輞內(nèi)側(cè)懸空部位：使用 TPU 材料的柔性支撐，打印后手動(dòng)剝離；
金屬質(zhì)感螺栓孔：添加傘狀支撐，支撐直徑 0.8mm，接觸點(diǎn)避開(kāi)裝飾面。
多材料 SLA 工藝要點(diǎn)
材料分布：
輪輻：VeroBlue 剛性樹(shù)脂（硬度 80A）；
輪輞：TangoBlack 柔性樹(shù)脂（硬度 95A）；
切片參數(shù)：
層厚 0.1mm，不同材料交界處設(shè)置 1mm 過(guò)渡層，提升結(jié)合強(qiáng)度。
四、后處理與功能強(qiáng)化
材料界面處理
附著力增強(qiáng)：
FDM 件：ABS 與 TPU 界面用丙酮蒸汽熏 10 秒，促進(jìn)分子融合；
樹(shù)脂件：不同材料交界處涂抹 UV 膠，紫外線固化后強(qiáng)度提升 30%。
金屬質(zhì)感加工：
銅粉線材表面：電鍍鎳 – 銅 – 鉻三層膜（總厚度 5μm），鹽霧測(cè)試≥500 小時(shí)；
透明樹(shù)脂區(qū)：拋光至 Ra≤1.6μm，貼膜保護(hù)防刮。
功能測(cè)試
承重測(cè)試：
輪轂頂部加載 1kg 砝碼，變形量≤0.5mm（安全系數(shù)≥2）；
旋轉(zhuǎn)流暢度：
安裝 608 軸承（外徑 22mm），手動(dòng)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)≥10 圈無(wú)卡頓；
耐溫測(cè)試：
ABS 部件 100℃烘烤 2 小時(shí)，尺寸變化率≤0.5%。
動(dòng)態(tài)效果集成
LED 燈光：
透明輪轂蓋內(nèi)置 0603 LED 燈珠，電池倉(cāng)隱藏于輪輻（CR1220 電池）；
磁吸裝飾：
輪轂中心嵌入直徑 5mm 釹鐵硼磁鐵，吸附金屬車(chē)標(biāo)（吸力≥1N）。
五、設(shè)計(jì)避坑與成本控制
結(jié)構(gòu)禁忌
不同材料交界處壁厚≥3mm，避免應(yīng)力集中開(kāi)裂；
TPU 輪輞寬度≥5mm，過(guò)窄易導(dǎo)致打印時(shí)塌陷。
低成本方案
分件打印 + 組裝：
剛性部件 FDM 打印（ABS），柔性部件單獨(dú)打印（TPU）；
透明區(qū)用亞克力板切割替代，成本降低 40%。
模塊化設(shè)計(jì)
輪輻樣式可替換：設(shè)計(jì)通用接口（卡扣 + 螺絲），快速更換不同造型輪輻；
預(yù)留傳感器安裝位：直徑 3mm 孔，適配微型壓力傳感器（如胎壓監(jiān)測(cè)演示）。
六、應(yīng)用場(chǎng)景與創(chuàng)新案例
汽車(chē)改裝原型：
多材料打印 1:1 輪轂?zāi)Ｐ停琓PU 輪輞模擬防爆胎效果，用于改裝方案可視化；
金屬質(zhì)感區(qū)展示螺栓細(xì)節(jié)，幫助客戶確認(rèn)改裝效果。
教具與培訓(xùn)：
4 合 1 輪轂?zāi)Ｐ蜆?biāo)注材料分布，配合 AR 功能顯示不同路況下的應(yīng)力分布；
輪轂可拆解，用于汽車(chē)工程教學(xué)中的結(jié)構(gòu)認(rèn)知。
文創(chuàng)衍生品：
透明樹(shù)脂輪轂內(nèi)置微型景觀（如城市模型），金屬區(qū)雕刻限量編號(hào)；
搭配 LED 燈光，作為汽車(chē)文化收藏品。
七、安全與標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)
教具安全：
小部件（如螺絲）拉力≥90N，避免兒童誤吞；
材料重金屬含量符合 EN71-3 標(biāo)準(zhǔn)。
工業(yè)驗(yàn)證：
模型尺寸公差≤0.1mm，滿足汽車(chē)主機(jī)廠造型驗(yàn)證要求；
熱變形測(cè)試：80℃環(huán)境下放置 24 小時(shí)，尺寸變化≤0.3%。
通過(guò)多材料 3D 打印技術(shù)，4 合 1 線材輪轂手板模型實(shí)現(xiàn)了材料特性與結(jié)構(gòu)功能的深度融合，尤其適合汽車(chē)設(shè)計(jì)迭代、教育演示等場(chǎng)景，相比傳統(tǒng) CNC 加工節(jié)省 60% 的多材料打樣成本。
