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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: 18cm*14cm*10cm
后處理: 噴油
案例介紹
3D打印簡(jiǎn)易直升機(jī)玩具手板模型需兼顧外形還原、飛行功能與安全標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)輕量化設(shè)計(jì)和可動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)飛行演示。以下是從設(shè)計(jì)到成品的完整技術(shù)路徑：
一、直升機(jī)結(jié)構(gòu)解構(gòu)與三維建模
核心部件參數(shù)化設(shè)計(jì)
機(jī)身框架：
尺寸：長(zhǎng) 150mm× 寬 80mm× 高 60mm，壁厚 1.5mm（FDM）或 1mm（SLA）；
輕量化：空心結(jié)構(gòu) + 十字支撐，重量≤30g（含電機(jī)）。
旋翼系統(tǒng)：
主旋翼直徑 120mm，2 葉槳，槳距角 8°~12°；
尾旋翼直徑 30mm，4 葉槳，與主旋翼轉(zhuǎn)向相反。
動(dòng)力系統(tǒng)：
預(yù)留電機(jī)倉(cāng)：適配 N20 微型電機(jī)（直徑 10mm，長(zhǎng) 20mm）；
電池倉(cāng)：容納 CR2032 紐扣電池（厚度 2mm），續(xù)航≥10 分鐘。
可動(dòng)性建模要點(diǎn)
旋翼連接：
主旋翼軸孔直徑 2mm，配合 1.8mm 不銹鋼軸（間隙 0.2mm）；
旋翼根部添加加強(qiáng)筋（厚度 1.5mm），防止旋轉(zhuǎn)斷裂。
起落架設(shè)計(jì)：
彈性材質(zhì)：TPU 打印 C 型支架，減震行程 5mm；
離地間隙：15mm，避免著陸時(shí)機(jī)身觸地。
二、打印工藝與材料選型
| 工藝類(lèi)型 | 材料 | 適合部件 | 功能優(yōu)勢(shì) |
|---|---|---|---|
| FDM（熔融沉積） | PLA/TPU | 機(jī)身、旋翼（成本低） | PLA 強(qiáng)度高，TPU 起落架減震性好 |
| SLA（光固化） | 剛性樹(shù)脂 | 細(xì)節(jié)部件（儀表盤(pán)、艙門(mén)） | 精度 ±0.05mm，表面光滑 |
| 多材料 3D 打印 | 剛性 + 柔性樹(shù)脂 | 整體一次成型（硬軟結(jié)合） | 旋翼剛性 + 起落架柔性同步實(shí)現(xiàn) |
| SLS（激光燒結(jié)） | 尼龍 12 | 耐磨損齒輪（傳動(dòng)系統(tǒng)） | 自潤(rùn)滑性好，壽命≥100 小時(shí) |
材料組合案例：
機(jī)身：PLA（抗拉強(qiáng)度 40MPa），確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；
旋翼：ABS（耐溫性好，避免電機(jī)發(fā)熱變形）；
起落架：TPU 95A（邵氏硬度），斷裂伸長(zhǎng)率≥300%。
三、切片參數(shù)與打印優(yōu)化
旋翼打印關(guān)鍵設(shè)置（FDM 工藝）
溫度控制：
ABS 旋翼：噴頭 240℃，熱床 110℃，減少翹曲（變形量≤0.5mm）；
支撐策略：
旋翼槳尖懸空部分采用 “線(xiàn)性支撐”，支撐角度 45°，接觸點(diǎn)直徑 1mm；
電機(jī)倉(cāng)內(nèi)部添加點(diǎn)狀支撐，支撐直徑 0.8mm，便于拆除。
多材料打印工藝（以 Stratasys J750 為例）
材料分布：
機(jī)身：VeroWhitePlus 剛性樹(shù)脂；
起落架：TangoBlackPlus 柔性樹(shù)脂（硬度 95A）；
切片參數(shù)：
層厚 0.1mm，旋翼部分填充率 50%，提升抗扭強(qiáng)度。
四、后處理與功能集成
動(dòng)力系統(tǒng)安裝
電機(jī)固定：
機(jī)身電機(jī)倉(cāng)預(yù)留 M2 螺絲孔，配合硅膠墊減震（噪音降低 5dB）；
傳動(dòng)設(shè)計(jì)：
主旋翼通過(guò) 0.8mm 直徑皮帶傳動(dòng)，減速比 2:1（電機(jī)轉(zhuǎn)速 10000rpm→旋翼 5000rpm）。
飛行性能優(yōu)化
重心調(diào)整：
頭部預(yù)埋 1g 鉛塊，確保重心位于機(jī)身前 1/3 處（偏移量≤2mm）；
旋翼平衡：
動(dòng)平衡測(cè)試：旋翼轉(zhuǎn)速 3000rpm 時(shí)，振幅≤0.1mm，否則添加配重塊（0.1g / 次）。
安全測(cè)試
跌落測(cè)試：1m 高度自由落體，機(jī)身無(wú)開(kāi)裂（安全系數(shù)≥1.5）；
旋轉(zhuǎn)安全：旋翼防護(hù)罩強(qiáng)度測(cè)試，施加 5N 徑向力不斷裂。
五、設(shè)計(jì)避坑與成本控制
結(jié)構(gòu)禁忌
旋翼槳葉厚度≥1.5mm，避免高速旋轉(zhuǎn)時(shí)斷裂；
電機(jī)倉(cāng)與機(jī)身連接寬度≥5mm，防止振動(dòng)脫落。
低成本方案
部件拆分打印：
機(jī)身、旋翼、起落架分件打印，組裝時(shí)用 AB 膠固定；
省略尾旋翼，改為固定導(dǎo)流片，降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜度（成本降低 30%）。
模塊化設(shè)計(jì)
旋翼軸孔通用化：適配不同直徑電機(jī)軸（1.5-2mm），便于升級(jí)；
電池倉(cāng)預(yù)留擴(kuò)展空間，可升級(jí)為可充電鋰電池（3.7V，50mAh）。
六、應(yīng)用場(chǎng)景與創(chuàng)新案例
科教教具：
SLA 打印透明樹(shù)脂機(jī)身，內(nèi)部展示傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，旋翼標(biāo)注空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)；
配套 APP 顯示實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速、電池電量，用于物理課程演示。
兒童玩具：
FDM 打印彩色 PLA 直升機(jī)，旋翼邊緣添加熒光條（波長(zhǎng) 450nm），夜間飛行可見(jiàn)；
材料通過(guò) EN71 認(rèn)證，所有銳邊倒圓角（R≥2mm）。
微型無(wú)人機(jī)原型：
尼龍打印機(jī)身，集成微型飛控板（尺寸 15×15mm），實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單懸停功能；
旋翼采用快拆設(shè)計(jì)，便于運(yùn)輸更換（拆裝時(shí)間≤1 分鐘）。
七、安全標(biāo)準(zhǔn)與合規(guī)
兒童玩具安全：
旋轉(zhuǎn)部件防護(hù)罩間隙≤3mm（防止夾傷手指）；
小部件（如螺絲）拉力≥90N，避免誤吞。
電磁兼容性：
電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路需通過(guò) FCC 認(rèn)證，輻射干擾≤40dBμV/m（30-1000MHz）。
通過(guò) 3D 打印技術(shù)，簡(jiǎn)易直升機(jī)玩具手板模型可快速實(shí)現(xiàn)從概念設(shè)計(jì)到功能驗(yàn)證的迭代，尤其適合教育玩具、微型飛行器原型開(kāi)發(fā)，相比傳統(tǒng)注塑工藝縮短 60% 的開(kāi)發(fā)周期。
