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CASE
行業/分類：其他手板模型加工
加工方式: 3D打印 使用材料: 樹脂
最小精度: 0.1mm 生產周期: 2~7天
產品尺寸: 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，常用于汽車改裝、工業設計驗證及教具開發。以下從結構設計到功能實現的完整技術路徑，兼顧多材料兼容性與力學性能：
一、輪轂結構與線材特性規劃
4 合 1 功能分區設計
剛性支撐區：
輪輻主體：ABS/ASA（抗拉強度 40MPa），壁厚 3mm，支撐輪轂承重；
柔性緩沖區：
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：
輪轂蓋：透明光敏樹脂（透光率≥80%），內置 LED 安裝位；
金屬質感區：
螺栓孔周邊：不銹鋼粉末燒結（SLM），直徑 5mm，模擬真車螺栓。
三維建模關鍵參數
尺寸標準：
1:10 比例模型：直徑 60mm（對應真車輪轂 18 英寸），輪寬 20mm；
結構細節：
螺栓孔：6 孔均布，孔距 50mm，直徑 3mm（適配 M2.5 螺絲）；
散熱槽：輪輻開設 5×2mm 矩形槽，間距 10mm，模擬真實輪轂散熱。
二、多材料打印工藝選型
| 工藝類型 | 線材組合 | 精度 | 適合部件 | 成型難點 |
|---|---|---|---|---|
| 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） | 剛性樹脂 + 柔性樹脂 + 透明樹脂 | ±0.05mm | 高精度外觀模型 | 支撐拆除易損傷細節 |
| SLS + 后處理染色 | 尼龍 12 + 金屬涂層 | ±0.1mm | 耐磨損功能驗證模型 | 表面處理工序復雜 |
| 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?。嗇y TPU（230℃打?。?，通過共擠出噴頭實現過渡；
金屬質感區：PLA + 銅粉線材（含 20% 金屬粉末），打印后電鍍處理。
三、切片參數與打印優化
多噴頭 FDM 關鍵設置
線材切換策略：
剛性 – 柔性過渡區：設置 5mm 漸變層，ABS 與 TPU 交替擠出（每層切換一次）；
透明區打?。簩雍?0.1mm，填充率 100%，提升透光均勻性。
支撐設計：
輪輞內側懸空部位：使用 TPU 材料的柔性支撐，打印后手動剝離；
金屬質感螺栓孔：添加傘狀支撐，支撐直徑 0.8mm，接觸點避開裝飾面。
多材料 SLA 工藝要點
材料分布：
輪輻：VeroBlue 剛性樹脂（硬度 80A）；
輪輞：TangoBlack 柔性樹脂（硬度 95A）；
切片參數：
層厚 0.1mm，不同材料交界處設置 1mm 過渡層，提升結合強度。
四、后處理與功能強化
材料界面處理
附著力增強：
FDM 件：ABS 與 TPU 界面用丙酮蒸汽熏 10 秒，促進分子融合；
樹脂件：不同材料交界處涂抹 UV 膠，紫外線固化后強度提升 30%。
金屬質感加工：
銅粉線材表面：電鍍鎳 – 銅 – 鉻三層膜（總厚度 5μm），鹽霧測試≥500 小時；
透明樹脂區：拋光至 Ra≤1.6μm，貼膜保護防刮。
功能測試
承重測試：
輪轂頂部加載 1kg 砝碼，變形量≤0.5mm（安全系數≥2）；
旋轉流暢度：
安裝 608 軸承（外徑 22mm），手動旋轉圈數≥10 圈無卡頓；
耐溫測試：
ABS 部件 100℃烘烤 2 小時，尺寸變化率≤0.5%。
動態效果集成
LED 燈光：
透明輪轂蓋內置 0603 LED 燈珠，電池倉隱藏于輪輻（CR1220 電池）；
磁吸裝飾：
輪轂中心嵌入直徑 5mm 釹鐵硼磁鐵，吸附金屬車標（吸力≥1N）。
五、設計避坑與成本控制
結構禁忌
不同材料交界處壁厚≥3mm，避免應力集中開裂；
TPU 輪輞寬度≥5mm，過窄易導致打印時塌陷。
低成本方案
分件打印 + 組裝：
剛性部件 FDM 打?。ˋBS），柔性部件單獨打?。═PU）；
透明區用亞克力板切割替代，成本降低 40%。
模塊化設計
輪輻樣式可替換：設計通用接口（卡扣 + 螺絲），快速更換不同造型輪輻；
預留傳感器安裝位：直徑 3mm 孔，適配微型壓力傳感器（如胎壓監測演示）。
六、應用場景與創新案例
汽車改裝原型：
多材料打印 1:1 輪轂模型，TPU 輪輞模擬防爆胎效果，用于改裝方案可視化；
金屬質感區展示螺栓細節，幫助客戶確認改裝效果。
教具與培訓：
4 合 1 輪轂模型標注材料分布，配合 AR 功能顯示不同路況下的應力分布；
輪轂可拆解，用于汽車工程教學中的結構認知。
文創衍生品：
透明樹脂輪轂內置微型景觀（如城市模型），金屬區雕刻限量編號；
搭配 LED 燈光，作為汽車文化收藏品。
七、安全與標準合規
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 標準。
工業驗證：
模型尺寸公差≤0.1mm，滿足汽車主機廠造型驗證要求；
熱變形測試：80℃環境下放置 24 小時，尺寸變化≤0.3%。
通過多材料 3D 打印技術，4 合 1 線材輪轂手板模型實現了材料特性與結構功能的深度融合，尤其適合汽車設計迭代、教育演示等場景，相比傳統 CNC 加工節省 60% 的多材料打樣成本。
