如何通過3D打印技術(shù)制作出令人驚嘆的彈簧？

南極熊導(dǎo)讀：3D打印技術(shù)不僅能夠創(chuàng)造各種奇妙的造物，還可以設(shè)計(jì)和打印彈簧。生活中彈簧無處不在，但通常并不引人注意。在本文中，我們將介紹如何設(shè)計(jì)和打印不同類型的彈簧，并選擇合適的材料以確保它們堅(jiān)固耐用。最后，我們將列出一些參考教程，為您提供靈感，讓您成為一位3D打印彈簧專家！

△壓縮、拉伸和扭轉(zhuǎn)彈簧示例

彈簧的種類

彈簧的種類和材料對其功能和應(yīng)用有著重要的影響。因此，了解不同類型的彈簧能夠幫助您選擇適合特定工作的彈簧。

●壓縮彈簧旨在抵抗壓縮力并在壓縮狀態(tài)下儲存能量，適用于需要緩沖和支撐的應(yīng)用，比如懸架系統(tǒng)、床墊和汽車發(fā)動機(jī)等。
●拉伸或拉伸彈簧則設(shè)計(jì)用于抵抗拉伸力并在拉伸狀態(tài)下儲存能量，通常用于蹦床、車庫門以及具有射擊機(jī)構(gòu)的玩具中。它們能提供張力以將部件保持在一起或?qū)⑺鼈児潭ǖ轿?。本質(zhì)上，當(dāng)您將它們拉開時，它們就會想要重新收縮在一起。
●扭力彈簧的設(shè)計(jì)與拉伸彈簧類似，可抵抗扭轉(zhuǎn)力并在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下儲存能量，經(jīng)常用于捕鼠器、衣夾和鉸鏈等應(yīng)用中，能夠提供旋轉(zhuǎn)力或扭矩。它們通?？雌饋硐衤菪?br />

△恒力、Belleville圓盤和波形彈簧示例

●恒力彈簧被設(shè)計(jì)用于在長時間延伸的范圍內(nèi)提供恒定的力。這些彈簧常見于可伸縮卷尺和窗簾中，它們在伸縮時提供穩(wěn)定的張力。它們通常采用緊密卷曲的形式。
●Belleville碟形彈簧的設(shè)計(jì)目的是在有限的空間內(nèi)提供大量的力。它們通常用于閥門、離合器和飛機(jī)起落架，這些地方空間有限，但需要很大的力。你可能以前沒有見過它們，它們看起來像是交替堆疊的圓盤。
●波形彈簧旨在為狹小空間提供緊湊輕便的解決方案。這些彈簧通常用于醫(yī)療設(shè)備、汽車變速器和航空航天應(yīng)用中，在這些應(yīng)用中空間和重量是關(guān)鍵因素。波形彈簧的獨(dú)特形狀使它們能夠提供與其他類型彈簧類似的力，但材料更少，外形更小。

雖然還有一些彈簧類型南極熊沒有提到，比如板簧，但這些彈簧有時難以用3D打印實(shí)現(xiàn)，因此不太實(shí)用。不過，大多數(shù)常見的彈簧類型都可以通過3D打印來實(shí)現(xiàn)！

△DIY自己的彈簧部件

為什么打印它們？

通過3D打印彈簧，您可以輕松地將它們整合到復(fù)雜的設(shè)計(jì)中。由于3D打印機(jī)的多功能性，您可以制作各種形狀和尺寸的彈簧，這是其他制造設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)的。此外，您可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)方案、預(yù)算和要求從多種材料中進(jìn)行選擇，如尼龍或碳纖維等。

如果您正在設(shè)計(jì)自己的彈簧模型，那么可以通過設(shè)計(jì)增強(qiáng)彈簧的微妙性，使其更加優(yōu)美。例如，您可以制作一個隱藏彈簧的搖頭娃娃模型，以獲得更時尚的設(shè)計(jì)。

△任何東西都可以是彈簧甚至是長絲

彈簧設(shè)計(jì)技巧

在設(shè)計(jì)彈簧時，可以使用CAD軟件（如Fusion 360）生成二維草圖，然后通過掃描特征在沿路徑拉伸的過程中創(chuàng)建彈簧的最終3D形狀。這樣可以提供更大的靈活性和對設(shè)計(jì)的控制。如果您是CAD新手，Tinkercad是總體上熟悉CAD的絕佳選擇。

在考慮彈簧的應(yīng)用并選擇最適合項(xiàng)目的彈簧類型之前，請確保熟悉CAD。如果您不熟悉CAD，觀看教程是不錯的選擇（傳送門）。

另外，設(shè)計(jì)彈簧時要考慮到支撐問題。您創(chuàng)建的彈簧類型需要以特定方式打印，需要在不同區(qū)域提供不同數(shù)量的支撐。盡量減少懸垂和后處理工作，或者是否有更好的方法在切片機(jī)中定位模型，這樣的好處是讓整個打印工作更容易一些。

選擇合適的材料

選擇合適的材料是打造完美的3D打印彈簧的關(guān)鍵步驟。不同材料的強(qiáng)度和適用范圍也不同。以下是一些常見材料及其適用范圍：
●聚乳酸(PLA)非常適合低應(yīng)力應(yīng)用或原型制作，而聚碳酸酯(PC)是高應(yīng)力情況下的可靠選擇，例如汽車或飛機(jī)。
●聚對苯二甲酸乙二醇酯(PETG)適用于中低應(yīng)力應(yīng)用，因?yàn)樗萈LA強(qiáng)很多。
●丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)是承受機(jī)械或熱應(yīng)力的彈簧的熱門選擇，例如機(jī)器人、玩具或電器。可以使用丙酮使ABS表面光滑，但不會帶來任何機(jī)械優(yōu)勢。
●尼龍非常適合需要承受沖擊的彈簧，例如運(yùn)動裝備或醫(yī)療設(shè)備中的彈簧。如果您喜歡的話，碳纖維增強(qiáng)聚合物(CFRP) 或玻璃纖維增強(qiáng)聚合物(GFRP)是高性能應(yīng)用的一流材料，如航空航天或汽車行業(yè)所需的材料。
●還有柔性長絲，如熱塑性聚氨酯(TPU)和熱塑性彈性體(TPE)，它們很有用，但對打印來說可能是一個重大挑戰(zhàn)。

△DIY你的彈簧搖頭娃娃（能動手就別看著~。~?。?/div>
現(xiàn)在您已經(jīng)知道如何3D打印甚至設(shè)計(jì)彈簧，下面是一些案例教程，趕緊行動起來吧！

推薦嘗試下列打印教程

搖頭娃娃
Paige Russell設(shè)計(jì)了一個非常有趣的搖頭娃娃模型，展示了壓縮彈簧的應(yīng)用。通過對原始設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，您可以在3D打印機(jī)上制作自己的搖頭娃娃?。▊魉烷T）

彈簧盒
這個設(shè)計(jì)利用扭力彈簧推開盒蓋，是一個非常有趣的存儲解決方案。如果您想設(shè)計(jì)自己的盒子，該教程描述中提供了一些很棒的設(shè)計(jì)思路（傳送門）。

發(fā)條車
這個設(shè)計(jì)使用扭力彈簧推動汽車前進(jìn)。通過向后滾動來給汽車上弦，加載扭力彈簧，然后在松手時慢慢減壓，將勢能轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力（傳送門）。

夾釘
這是將板簧用于通用夾子的一個很好的例子。這種設(shè)計(jì)不僅增加了穩(wěn)定性，還增加了更多彈性動作（傳送門）。

無論如何，熊友們不要害怕發(fā)揮創(chuàng)意并嘗試不同的彈簧設(shè)計(jì)方法！