熔融丝材制造（通常被称为熔融沉积成型或 FDM）是最常见的3D打印形式。

桌面级FDM 3D 打印机已在设计流程中稳固了自身地位，几乎所有设计咨询公司都会购置，内部使用这类打印机制作原型。

在本文中，英国IDC将分享我们在整个设计流程中，如何充分利用桌面级FDM 3D 打印机的各项功能。

集成功能

3D打印能够面向集成的功能和集成的部件进行打印，轻松地将弹簧，磁铁或螺母封装到打印的部件中。这能大大缩短装配时间，并快速打印原型以进行测试。

弹簧

英国IDC最近为一款可穿戴产品的控制盒设计了一种按压释放结构，其原型用于展示并测试按钮的驱动力、按钮大小和用户对产品的交互质量。当时，如果依赖OEM弹簧的交货时间，这个设计概念的制作和一系列的测试都会推迟。

为解决这个问题，我们通过3D打印将弹簧集成到按钮中，大大降低了复杂性和时间。在不足半天的时间内，3D打印、组装并测试了一个功能全面的原型。依据不同的弹簧厚度和几何形状，我们打印了一系列按钮，它们极易组装及快速更换，来更改弹簧力，并判断用户交互质量。设计师通过测力计测量出最适合的3D打印弹簧致动力，从而指定了匹配的OEM压缩弹簧以用于生产。

嵌入磁铁

切片软件将3D CAD数据转换为3D打印机可识别的g代码。软件大多数都包含“暂停在某层”功能，通过该功能，用户可以让3D打印机把正在打印的部件暂停在指定高度，方便在继续打印并封住部件之前，嵌入螺母，磁铁或其他部件。

为原型准确配重

英国IDC最近为Marine Rescue Technologies开发了一款个人定位信标（PLB）。

为了预符合性（pre-compliance）测试，需要一个准确配重的原型连接到救生衣上，放入一个滚筒，评估救生衣在加速寿命测试中的磨损情况。

简单改变打印参数，如填充图案和密度，就可以在打印前调整原型重量。无需额外组装，3D打印原型就可以直接发往测试。

夹具和固定装置

在英国IDC，我们在整个设计过程中广泛使用3D打印的夹具和固定装置，从支架到带有测量设备的接口原型，再到生产装配夹具。

我们近期为NCAM技术公司开发了一个条状摄像头。由于产品上没有平坦的表面约束、稳定摄像头，尝试在其顶部用激光打上“NCAM”的logo困难且耗时。产品的表面为曲面和圆弧，要想准确找出标记标志的正确位置，让激光头标记logo也很费力。

因此，IDC团队设计并3D打印了一个夹具，用于在激光打标机中固定条形摄像头。夹具的方角被用作基准，快速设置激光。这种简单的夹具降低了生产成本和时间，同时使打标过程更加稳妥和精准。

IDC的原型制作和测试经常会用到传感器和测量设备。许多近期项目都包含大量线性运动，这对电机定位和线性传感提出了挑战。

考虑到成本高昂、庞大且笨重的接口，市面上已有的即插即用传感器并不那么有吸引力，特别是当它们需要与复杂和紧凑的运动系统交互使用。

原始组件，霍尔效应或光学传感器，可以非常紧凑、便宜。这些传感器与3D打印支架和固定装置相结合，就是针对特定运动系统定制的型面不高的集成传感器。

IDC最近的一个项目涉及多轴线性运动。光学传感器集成在型面不高的3D打印支架中。用于触发光学传感器的标识也与3D打印支架结合在一起。标识的位置是可调的，方便位置和末端停止的调节。

3D打印定制传感器外壳显著降低了原型成本。3D打印的使用，使得各种传感器充分调用，从而能更快地制作原型。

优化打印时间和质量

大多数桌面3D打印机都带有切片软件，只需点击几下就可以打印零件。零件定位、生成支撑、切片和为打印机导出g代码的过程均为自动化。对于小而简单的零件它很有用，但这种一刀切的打印准备方法在更大更复杂的零件上经常有几个缺点。

不过，我们可以修改切片软件中的一些简单设置，来控制并显著优化表面质量、打印时间及材料使用。

通常，在FDM打印机上，零件将直接在构建板上构建，其最大，最平坦的表面朝下。对于更有机的形态，则往往没有逻辑上的特定方向，切片软件会创建一个支撑性的送料架，以托住打印部分。

下面的例子是来自IDC近期一个医疗领域外科手持设备。

默认情况下，你可以从左边的打印预览中看到，即将生成的用于托住部件的一个大的支撑送料架，近一半的A表面都将与支撑材料接触。支撑材料被去掉后，这些表面粗糙，任何细节特征都会丢失。这种方法的打印时间为2小时44分钟，材料使用量为24.75克。

在右手打印预览当中，部件基于其中间面被一分为二，并平置在构建板上。在每半部分的底部增加了两个小孔，并在部件上增加了两个小销子。一旦打印出来，两半可以用几滴强力胶和用于校准的销子粘合在一起。拆分零件使得打印时间减少了40分钟，材料使用量减少了10%以上。所有的A表面都没有支撑材料，它们更光滑，细节更清晰。劈开的部分也形成了一个对着构建板的巨大平面，减少了翘曲和打印失败的几率。

拆分并粘合零件并非适合所有情况，但简单的拆分可以减少打印时间和材料使用，并提供更高质量的零件，且不易发生故障。

上述案例，说明了IDC如何利用桌面FDM 3D打印机的全部功能。这简化了开发过程，从而更快地制作出高质量且功能性的部件。

发布日期：2025-01-17