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行業(yè)案例
CASE
行業(yè)/分類：其他手板模型加工
加工方式: 3D打印 使用材料: 金屬
最小精度: 0.1mm 生產(chǎn)周期: 2~7天
產(chǎn)品尺寸: 8cm*5cm*4cm
后處理: 打磨
案例介紹
3D 打印金屬手板模型的核心是通過數(shù)字化設計與逐層堆積技術，將虛擬模型轉(zhuǎn)化為實體零件。以下是具體流程及關鍵要點：
一、前期準備：設計與數(shù)據(jù)處理
三維建模
使用 CAD 軟件（如 SolidWorks、AutoCAD、Blender）設計玩具零件的 3D 模型，需確保尺寸精度、結(jié)構合理性（如渦輪葉片的曲面弧度、裝配間隙等）。
注意事項：模型需包含支撐結(jié)構（若打印復雜懸垂結(jié)構），并導出為 STL 格式文件。
切片分層與參數(shù)設置
將 STL 文件導入 3D 打印切片軟件（如 Cura、PrusaSlicer、Magics），設置打印參數(shù)：
層厚：0.05~0.3mm，層厚越小精度越高，但打印時間越長。
填充率：20%~100%（實心填充用于高強度零件，渦輪玩具可選 30%~50% 節(jié)省材料）。
支撐結(jié)構：自動生成或手動添加，避免懸空結(jié)構打印時坍塌。
打印方向：優(yōu)化擺放角度以減少支撐、提高表面質(zhì)量（如渦輪軸垂直于打印平臺）。
二、金屬 3D 打印工藝選擇
根據(jù)金屬材料類型與精度需求，常用工藝包括：
| 工藝類型 | 原理 | 適用材料 | 精度 | 特點 |
|---|---|---|---|---|
| SLM（選擇性激光熔融） | 高功率激光逐層熔融金屬粉末，逐層堆積成型。 | 不銹鋼、鋁合金、鈦合金、鈷鉻合金等 | ±0.05mm | 精度高，表面細膩，適合復雜結(jié)構（如渦輪葉片）。 |
| SLS（選擇性激光燒結(jié)） | 激光燒結(jié)金屬粉末（需后處理熔滲銅或樹脂增強）。 | 青銅、工具鋼等復合粉末 | ±0.1mm | 成本較低，但表面粗糙，需二次加工。 |
| binder Jetting（粘結(jié)劑噴射） | 噴頭噴射粘結(jié)劑固化金屬粉末，后經(jīng)脫脂、燒結(jié)成致密件。 | 銅、不銹鋼、鋁等 | ±0.2mm | 適合大批量生產(chǎn)，表面精度較低，需高溫后處理。 |
| FDM 金屬線材打印 | 擠出金屬 – 聚合物復合材料，打印后脫脂、燒結(jié)去除聚合物，得到純金屬件。 | 不銹鋼、銅、鈦等 | ±0.3mm | 設備成本低，但需復雜后處理，適合簡單結(jié)構。 |
渦輪玩具推薦工藝：SLM（精度高、能還原渦輪葉片曲面）或FDM 金屬線材（成本可控，適合初步驗證）。
三、打印過程：設備操作與監(jiān)控
設備調(diào)試
校準打印平臺水平度，確保首層附著力。
裝載金屬粉末（SLM/SLS）或金屬線材（FDM），設置艙內(nèi)氣氛（如 SLM 需通入氬氣防止金屬氧化）。
開始打印
導入切片文件，設備自動逐層堆疊材料。以 SLM 為例，激光逐點掃描熔融粉末，每層完成后鋪粉輥鋪設新粉末層，重復直至模型成型。
監(jiān)控重點：
粉末粘附情況：避免缺粉導致層間結(jié)合不良。
激光功率與掃描速度：需匹配材料特性（如鋁合金需高功率快速熔融）。
設備溫度：部分金屬需預熱平臺（如鈦合金預熱至 200~400℃減少應力變形）。
四、后處理：從毛坯到成品
金屬打印件需經(jīng)過多步后處理才能達到使用要求：
去除支撐與毛坯分離
用工具（如鋼絲鉗、砂紙）手動去除 FDM 打印的支撐結(jié)構；
SLM 打印件需用線切割或 CNC 銑削從基板上分離，同時去除內(nèi)部支撐（如渦輪內(nèi)孔支撐需鉆孔取出）。
表面處理
噴砂：用玻璃珠或鋼丸噴射去除表面粘附的粉末，改善粗糙度（Ra 10~20μm→Ra 3.2~6.3μm）。
拋光：電解拋光或機械拋光（如渦輪葉片需鏡面拋光減少氣流阻力）。
電鍍 / 噴涂：增加美觀度或防銹（如鍍鎳、噴彩色油漆）。
性能強化（可選）
熱等靜壓（HIP）：消除內(nèi)部孔隙，提高致密度（適用于高強度渦輪零件）。
時效處理：鋁合金零件需退火消除應力，防止使用中變形。
精度檢測
用三坐標測量儀（CMM）檢測尺寸公差（如渦輪外徑、葉片角度）；
目視檢查表面缺陷（如裂紋、分層），必要時進行滲透探傷。
五、應用場景與優(yōu)勢
玩具行業(yè)：快速驗證渦輪玩具的結(jié)構合理性（如葉片氣動性能）、外觀設計，縮短開發(fā)周期。
小批量生產(chǎn)：直接打印個性化金屬渦輪零件，無需開模，適合定制化玩具或教育教具。
材料優(yōu)勢：金屬渦輪強度高、耐磨損（如不銹鋼材質(zhì)適合兒童耐摔玩具），優(yōu)于傳統(tǒng)塑料件。
六、注意事項
成本控制：金屬 3D 打印成本較高（材料 + 設備折舊），復雜渦輪模型建議先打印樹脂原型（如 SLA 工藝）驗證設計，再轉(zhuǎn)金屬打印。
設計優(yōu)化：避免銳角、超薄壁結(jié)構（如葉片厚度＜0.5mm 易斷裂），適當增加倒角提高打印成功率。
安全操作：金屬粉末（如鈦粉）易氧化自燃，需在惰性氣氛中儲存與打印，操作人員需佩戴防護裝備。
通過以上流程，可高效完成金屬渦輪玩具零件的手板模型制作，兼顧精度、強度與美觀性。
