如何通过3D打印技术制作出令人惊叹的弹簧？

南极熊导读：3D打印技术不仅能够创造各种奇妙的造物，还可以设计和打印弹簧。生活中弹簧无处不在，但通常并不引人注意。在本文中，我们将介绍如何设计和打印不同类型的弹簧，并选择合适的材料以确保它们坚固耐用。最后，我们将列出一些参考教程，为您提供灵感，让您成为一位3D打印弹簧专家！

△压缩、拉伸和扭转弹簧示例

弹簧的种类

弹簧的种类和材料对其功能和应用有着重要的影响。因此，了解不同类型的弹簧能够帮助您选择适合特定工作的弹簧。

●压缩弹簧旨在抵抗压缩力并在压缩状态下储存能量，适用于需要缓冲和支撑的应用，比如悬架系统、床垫和汽车发动机等。
●拉伸或拉伸弹簧则设计用于抵抗拉伸力并在拉伸状态下储存能量，通常用于蹦床、车库门以及具有射击机构的玩具中。它们能提供张力以将部件保持在一起或将它们固定到位。本质上，当您将它们拉开时，它们就会想要重新收缩在一起。
●扭力弹簧的设计与拉伸弹簧类似，可抵抗扭转力并在旋转状态下储存能量，经常用于捕鼠器、衣夹和铰链等应用中，能够提供旋转力或扭矩。它们通常看起来像螺旋！

△恒力、Belleville圆盘和波形弹簧示例

●恒力弹簧被设计用于在长时间延伸的范围内提供恒定的力。这些弹簧常见于可伸缩卷尺和窗帘中，它们在伸缩时提供稳定的张力。它们通常采用紧密卷曲的形式。
●Belleville碟形弹簧的设计目的是在有限的空间内提供大量的力。它们通常用于阀门、离合器和飞机起落架，这些地方空间有限，但需要很大的力。你可能以前没有见过它们，它们看起来像是交替堆叠的圆盘。
●波形弹簧旨在为狭小空间提供紧凑轻便的解决方案。这些弹簧通常用于医疗设备、汽车变速器和航空航天应用中，在这些应用中空间和重量是关键因素。波形弹簧的独特形状使它们能够提供与其他类型弹簧类似的力，但材料更少，外形更小。

虽然还有一些弹簧类型南极熊没有提到，比如板簧，但这些弹簧有时难以用3D打印实现，因此不太实用。不过，大多数常见的弹簧类型都可以通过3D打印来实现！

△DIY自己的弹簧部件

为什么打印它们？

通过3D打印弹簧，您可以轻松地将它们整合到复杂的设计中。由于3D打印机的多功能性，您可以制作各种形状和尺寸的弹簧，这是其他制造设备无法实现的。此外，您可以根据自己的设计方案、预算和要求从多种材料中进行选择，如尼龙或碳纤维等。

如果您正在设计自己的弹簧模型，那么可以通过设计增强弹簧的微妙性，使其更加优美。例如，您可以制作一个隐藏弹簧的摇头娃娃模型，以获得更时尚的设计。

△任何东西都可以是弹簧甚至是长丝

弹簧设计技巧

在设计弹簧时，可以使用CAD软件（如Fusion 360）生成二维草图，然后通过扫描特征在沿路径拉伸的过程中创建弹簧的最终3D形状。这样可以提供更大的灵活性和对设计的控制。如果您是CAD新手，Tinkercad是总体上熟悉CAD的绝佳选择。

在考虑弹簧的应用并选择最适合项目的弹簧类型之前，请确保熟悉CAD。如果您不熟悉CAD，观看教程是不错的选择（传送门）。

另外，设计弹簧时要考虑到支撑问题。您创建的弹簧类型需要以特定方式打印，需要在不同区域提供不同数量的支撑。尽量减少悬垂和后处理工作，或者是否有更好的方法在切片机中定位模型，这样的好处是让整个打印工作更容易一些。

选择合适的材料

选择合适的材料是打造完美的3D打印弹簧的关键步骤。不同材料的强度和适用范围也不同。以下是一些常见材料及其适用范围：
●聚乳酸(PLA)非常适合低应力应用或原型制作，而聚碳酸酯(PC)是高应力情况下的可靠选择，例如汽车或飞机。
●聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)适用于中低应力应用，因为它比PLA强很多。
●丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)是承受机械或热应力的弹簧的热门选择，例如机器人、玩具或电器。可以使用丙酮使ABS表面光滑，但不会带来任何机械优势。
●尼龙非常适合需要承受冲击的弹簧，例如运动装备或医疗设备中的弹簧。如果您喜欢的话，碳纤维增强聚合物(CFRP) 或玻璃纤维增强聚合物(GFRP)是高性能应用的一流材料，如航空航天或汽车行业所需的材料。
●还有柔性长丝，如热塑性聚氨酯(TPU)和热塑性弹性体(TPE)，它们很有用，但对打印来说可能是一个重大挑战。

△DIY你的弹簧摇头娃娃（能动手就别看着~。~！）

现在您已经知道如何3D打印甚至设计弹簧，下面是一些案例教程，赶紧行动起来吧！

推荐尝试下列打印教程

摇头娃娃
Paige Russell设计了一个非常有趣的摇头娃娃模型，展示了压缩弹簧的应用。通过对原始设计进行调整，您可以在3D打印机上制作自己的摇头娃娃！（传送门）

弹簧盒
这个设计利用扭力弹簧推开盒盖，是一个非常有趣的存储解决方案。如果您想设计自己的盒子，该教程描述中提供了一些很棒的设计思路（传送门）。

发条车
这个设计使用扭力弹簧推动汽车前进。通过向后滚动来给汽车上弦，加载扭力弹簧，然后在松手时慢慢减压，将势能转化为推进力（传送门）。

夹钉
这是将板簧用于通用夹子的一个很好的例子。这种设计不仅增加了稳定性，还增加了更多弹性动作（传送门）。

无论如何，熊友们不要害怕发挥创意并尝试不同的弹簧设计方法！