大家好，我是 Niko Mroncz，Xometry 銷售工程負責人。自 2010 年起，我便開始從事 3D 打印相關工作，而多噴射熔融（MJF）一直是製造複雜功能零件的首選工藝。然而，如果設計不夠嚴謹，仍可能出現翹曲、粉末滯留或表面不均等問題。在本文中，我將分享一些關鍵設計技巧，幫助您為多噴射熔融 3D 打印打造更加可靠、高性能的零件。
多噴射熔融（MJF）是一種由惠普（HP）開發的粉末床熔融技術，通過熱能和化學助劑來製造高強度、精細的塑料零件。與擠出成型等工藝不同，MJF 可生產致密、各向同性的零件，表面光潔度高，機械性能優異，因此非常適合功能性原型製造及工業化生產。
MJF 具有多項優勢：打印速度快、細節分辨率高，並能在無需支撐結構的情況下實現複雜幾何形狀的製造。憑藉高效的嵌套排佈和短冷卻時間，它也是中至大批量生產中最具性價比的選擇之一。常用材料包括 PA 12、PA 11、聚丙烯（PP）和熱塑性聚氨酯（TPU），這些材料均因其耐用性、柔韌性及耐熱性而被選用。
Nikolaus Mroncz
銷售工程負責人
想要獲得高品質的 MJF 零件，合理的設計至關重要。許多常見問題——如翹曲、粉末滯留或表面粗糙——通常都可以通過遵循關鍵設計原則來避免。關注壁厚、粉末排出以及零件方向等因素，可以顯著提升零件性能和打印成功率，同時需要牢記，這些問題本質上都與設計密切相關。以下是 MJF 3D 打印最重要的設計技巧。
1. 保持合適的壁厚
壁過薄的零件可能會變形或變脆，而壁過厚則容易在打印過程中積熱，導致翹曲或冷卻不均。在 MJF 中，由於粉末床熔融的熱動力學特性，這些問題尤其關鍵。
壁厚的突然變化還可能產生內部應力，影響尺寸精度和結構性能——尤其是在平面或大型零件上。
經驗法則：
- 對於 PA 12，建議設計的壁厚至少為 0.7 mm，對於更高剛性的材料可達 2.0 mm。
- 在內部有支撐結構的情況下，壁厚可薄至 0.6 mm，但為了保證一致性，推薦 1.3 mm。
- 避免壁厚超過 7 mm，過多材料會引起內部應力和變形。
- 保持零件整體壁厚均勻，以降低翹曲風險。
- 可通過添加加強筋或圓角來強化薄壁區域，並更均勻地分佈應力。
2. 加固細長特徵
在 MJF 打印中，懸臂、掛鉤或卡扣等細長特徵尤其脆弱。如果沒有適當加固，它們可能因結構缺乏支撐或應力集中而彎曲、斷裂或翹曲。
當特徵縱橫比高或存在尖銳過渡時，這種風險會增加，尤其是在 Z 方向，MJF 零件更容易受到不均勻加熱和冷卻的影響。
经验法则：
- 对于宽度小于 1 mm 的悬臂，纵横比（长度/宽度，L/W）应小于 1。
- 悬臂的底座厚度至少保持 1 mm，以保证耐用性。
- 在应力集中点或延伸特征处添加圆角或加强筋。
- 避免尖锐边缘，采用平滑、渐进的过渡，以降低机械应力。
3. 優化空心與內部結構
空心體、管道或格柵等封閉空間容易滯留未熔合的粉末。如果沒有適當的排粉設計，滯留粉末會增加零件重量，並使後處理變得複雜，尤其是在複雜幾何結構中。如果不加以處理，可能導致表面質量下降或管道堵塞，使零件無法使用或清理困難。
經驗法則：
- 在空心零件的相對兩側設置兩個或更多排粉孔（每個孔 ≥ 5 mm）。
- 格柵結構的梁間距應保持至少 1 mm，以確保粉末有效排出。
- 在管道中添加條狀或鏈狀特徵，輔助打印後清理粉末。
- 對於寬度小於 5 mm 的管道，可在打印後使用柔性清理工具。
- 空心零件的壁厚保持 2–3 mm，如為完全封閉結構，應設置穿孔。
4. 留出適當的零件間隙
設計用於配合、滑動或旋轉的零件必須保留足夠的間隙。如果間距過小，零件在打印過程中可能發生熔合，或在組裝後出現錯位。由於 MJF 在數字模型中無法考慮機械公差或摩擦，設計師需要根據實際使用情況在設計中留出功能性間隙。
經驗法則：
- 同時打印的零件：最小間隙為 0.7 mm。
- 後期組裝的零件：使用 0.4 mm 間隙，緊配合可用 0.2 mm。
- 對於壁厚小於 3 mm 的零件，間隙可低至 0.3 mm，但需進行測試驗證。
- 在 CAD 中對零件進行對齊，以反映實際組裝位置。
- 在圖紙或說明中標注可移動零件，以便後處理時注意。
5. 避免大面積平面
寬大平面——尤其是與打印平台平行的平面——容易因熱量分佈不均和收縮而翹曲。添加支撐肋可能會加劇問題，因為應力會集中在支撐位置。翹曲的表面會降低尺寸精度，產生外觀缺陷，並可能影響零件的功能配合。
經驗法則：
- 盡量避免大面積平面（例如 A4 大小的平面）。
- 將寬大區域替換為格柵、鏤空或加強筋，以減小熱應力。
- 盡量將平面區域靠近打印底部，以減輕 Z 方向影響。
- 寬大區域的最小厚度保持 0.3 mm，以防翹曲。
6. 減少細長零件翹曲
細長零件尤其容易因收縮而變形。當零件某一部分冷卻速度快於另一部分時，會產生內部應力，從而導致翹曲——尤其是在截面厚度突然變化的地方。這種變形通常表現為彎曲、不平整的邊緣，或零件尺寸超出公差範圍。
經驗法則：
- 避免在無支撐的區域設計縱橫比大於 10:1（長度/寬度）的零件。
- 增加壁厚，以平衡細長特徵的冷卻。
- 使用平滑過渡，避免因幾何突變產生應力。
- 可通過空心設計或內部格柵，實現材料分佈和冷卻更均勻。
7. 以 MJF 為前提設計卡扣結構
卡扣是一種便捷的塑料零件組裝方式，但需要精確設計尺寸，以確保足夠的柔韌性並避免斷裂。如果懸臂過尖或梁過剛，在組裝過程中可能會斷裂。
針對 MJF 的設計需要了解材料的彈性特性，以及在啮合過程中應如何釋放應力。
經驗法則：
- 懸臂底座厚度：≥ 1 mm。
- 懸臂懸出深度：≥ 1 mm，以確保鎖緊可靠。
- 在懸臂根部添加圓角，半徑為底座厚度的一半，以分散應力。
- 對懸臂尖端倒角，以減小插入力。
- 組裝角度保持在 35°–40°，並對懸臂梁進行錐化處理，以降低應力。
Nikolaus Mroncz
銷售工程負責人
對於卡扣設計，PA 11 是最佳選擇。與 PA 12 相比，PA 11 斷裂伸長率更高，更具柔韌性，在反覆受力下不易開裂——非常適合需要可靠彎曲並恢復形狀的掛鉤結構。
8. 避免無排粉通道的深孔
盲孔、螺柱或深腔如果沒有排粉設計，容易滯留粉末。孔越深，清理難度越大，通常需要人工干預。殘留在螺紋孔或插座中的粉末可能會阻塞緊固件，或削弱結構強度。
經驗法則：
- 添加排粉孔或排粉通道，並保證視線通暢。
- 對於深孔（> 12.7 mm），沿深度設置多個排粉點。
- 在螺柱底部使用圓角，加強特徵並降低應力。
9. 使用清晰可讀的浮雕與雕刻細節
文字、徽標和表面特徵常用於品牌標識或零件識別，但如果尺寸過小，在列印過程中可能變得模糊，後處理時也可能消失。浮雕特徵尤其容易受到噴砂或蒸氣拋光等表面處理的影響，這些工藝會使邊緣圓滑，降低清晰度。
經驗法則：
- 浮雕與雕刻特徵的最小線寬為 0.5 mm。
- 浮雕高度：≥ 1 mm；雕刻深度：≥ 0.5 mm。
- 整體字元高度至少保持 2.5 mm，以確保可讀性。
- 為獲得最佳效果，浮雕文字朝下、雕刻文字朝上。
- 避免設計小於 0.5 mm 的浮雕或雕刻特徵，否則可能無法經受後處理。
MJF 3D 列印規格參考指南
下表展示了利用 MJF 3D 列印技術設計零件時的主要規格參數。
| 規格參數 | 詳細資訊 |
|---|---|
| 最大列印體積 | 380 × 284 × 380 mm建議尺寸：356 × 280 × 356 mm |
| 最小特徵厚度 | 0.50 mm |
| 建議最小壁厚 | 支撐壁：0.70 mm無支撐壁：0.70 mm |
| 層厚 | 0.08 mm |
| 通用公差 | ±0.3%（±0.3 mm） |
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有效進行 MJF 3D 列印設計意味著需要理解該技術的特定限制與優勢。透過採用正確的設計方法——如保持壁厚均勻、為封閉結構設置排粉通道、確保零件間隙適當、優化零件方向——可以降低翹曲、粉末滯留或表面不均等常見缺陷的風險。
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