玩具箱手册第 1 步：如何开始金属 3D 打印

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  要点速览
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  玩具箱手册第 1 步实际要求你决定什么
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  判断零件是否适合金属增材制造
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  防止首次试制变形的设计规则
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  不锈钢和铝之外的材料选择
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  分步执行：运行玩具箱手册第 1 步
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  哪种工艺适合你的第 1 步目标

多数金属增材制造的首次尝试在上传文件之前就失败了。零件设计、报价、打印，然后才发现没人对“合格”的定义达成一致。玩具箱手册第 1 步就是为了避免这种情况。它是一份书面目标：零件做什么、需要多少件、哪些表面与其他零件接触、哪些尺寸可以变动。

用五行写下目标。第一行是功能：零件是承载、导向运动，还是只起遮盖作用？第二行是数量，从 1 件原型到 10,000 件批量。第三行是关键尺寸及其公差。第四行是材料类别。第五行是交期和你期望的检验。

顺序很重要。功能决定几何形状。几何形状决定打印、铣削还是铸造哪条路线更便宜。数量决定工装。只有前四项确定后，公差数字才有意义，因为公差是供应商要花时间和成本去保证的。

写“尽可能精确”的目标让供应商无从下手。写“内孔 Ø12 H7，安装面平面度 0.05 mm，两个定位孔 ±0.005 mm”则是另一回事。后者能得到关于工艺和价格的诚实答复。

当几何形状是内部的、有机的，或刀具无法到达时，金属增材制造占优。随形冷却流道、点阵结构、无接头的合并装配是典型情况。如果零件有三个平面和一组钻孔，CNC 铣削通常更快、更便宜。

盈亏平衡点不只看复杂度，还看去除多少材料与增加多少材料。一个支架从 200 g 毛坯开始、最终 30 g，大部分材料被浪费。打印只增加零件需要的部分，再通过机加工清理接口。

数量再次改变答案。一件打印支架可能胜过整套机加工装夹。两百件相同支架通常更适合 CNC、压铸或打印毛坯加精加工。我们内部同时运行两条路线，所以比较基于同一张图纸，而不是供应商的偏好。

还有第三种值得点名的情况：混合零件。打印复杂核心，再机加工密封面、内孔和螺纹到最终尺寸。这样无需重新设计整个部件，就能达到 ±0.005 mm 和 Ra 0.2–0.8 μm。

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  选择增材制造的情况内部流道、点阵、合并几何、小批量
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  选择 CNC 的情况棱柱形零件、精密内孔、大批量、标准毛坯
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  选择混合工艺的情况复杂核心加密封面或精密内孔

金属打印逐层堆积，每层都带热量。薄壁比厚壁冷却快，零件会把自己拉变形。多数合金的无支撑壁厚保持在 1.0 mm 或以上。小面积可以低于此值，但要预期逐件检验。

悬垂需要支撑，支撑事后必须切除。有支撑的面不会像机加工面。如果表面是外观面或与垫片密封，应朝上摆放或安排精加工。45° 规则是粗略指导，不是定律；请检查模型上的实际角度。

孔会打印偏小。Ø5 mm 孔常因熔池收缩和表面附着而接近 Ø4.8 mm。孔按名义尺寸设计并增加铰孔或镗孔工序，或在孔不关键时按小 0.2 mm 建模。

尖锐内角会集中应力并滞留未熔化粉末。型腔底部 0.5 mm 圆角不增加成本，对打印和清粉都有帮助。无法排出的粉末会形成内部空洞，这种缺陷只有 CT 扫描才能发现。

不锈钢和铝覆盖多数首批项目。除此之外，合金牌号比工艺名称更重要。钛 TC4（Ti-6Al-4V）适合航空航天和医疗中轻质高刚度零件。Inconel 在高温下保持强度。17-4PH 提供高硬度、耐腐蚀零件，打印后可时效处理。

铜和黄铜合金是导热选择。C101 和 C110 的导热性远优于钢，因此用于换热器、电机壳体和冷板。铍铜增加强度，用于模具镶件和弹簧触点。

镁合金 AZ31B 和 AZ91D 很轻，但细屑活性高，需要小心处理。我们加工过这两种材料，打印镁合金同样适用这些现场管理规则。如果没有相应条件，改用铝合金。

塑料也可以考虑。当零件是盖板、夹具或试装模型时，ABS、PC、POM 或 PEEK 能以很低的成本完成任务。PEEK 耐热耐化学腐蚀；PA 和碳纤维增强牌号可提高刚性。第 1 步就是判断是否真的需要金属。