3D打印迷你冰箱的原理及制作

張文豪　張艷玲　馮旭明　劉明可

摘 要：3D打印迷你冰箱此項(xiàng)研究可以滿足人們?cè)诳臻g有限，能源有限的條件下對(duì)于易拉罐飲品冷卻的需求；采用3D打印技術(shù)使其可以快速一體成型，通過增材制造，大幅度減少對(duì)于原料的浪費(fèi)；使用半導(dǎo)體制冷片，實(shí)現(xiàn)在小空間范圍內(nèi)對(duì)易拉罐飲品的快速冷卻，在使用方面對(duì)空間容量要求低，對(duì)電力設(shè)備要求低，只需12V直流電壓即可正常工作。

關(guān)鍵詞：3D打?。恢评?；便攜；環(huán)保；安靜

本研究旨在滿足人們?cè)谄?、辦公室、臥室、寢室，等環(huán)境狹小，電力設(shè)備配置較低的條件下，滿足對(duì)于易拉罐冷飲的制冷需求；主要是將電子電路和目前的3D打印相結(jié)合，快速將我心中的想法轉(zhuǎn)換為實(shí)物，同時(shí)也驗(yàn)證了我的理論是正確的。本研究涉及3D打印、便攜制冷等方面，利用半導(dǎo)體制冷片的工作原理對(duì)易拉罐飲品快速冷卻。本次的研究的實(shí)際目的就是為了解決目前市面上的大體積冰箱的空間大，功率大，噪音大等缺點(diǎn)，結(jié)合自己所學(xué)到知識(shí)，將半導(dǎo)體制冷來代替壓縮機(jī)的工作最終實(shí)現(xiàn)理想的制冷效果。

1 3D打印迷你冰箱的工作原理

當(dāng)前冰箱產(chǎn)業(yè)普遍使用制冷機(jī)對(duì)物品進(jìn)行降溫，制冷機(jī)壓縮制冷劑蒸汽，使其在冷凝器中被冷凝為液態(tài)制冷劑，然后經(jīng)過節(jié)流閥降壓降溫，在蒸發(fā)室中，制冷劑液體從待冷卻的物體中吸收熱量全部蒸發(fā)為氣體，被壓縮機(jī)吸進(jìn)，重新經(jīng)過壓縮進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)，這種方式所占用空間大，對(duì)能源消耗大，而3D打印迷你冰箱是一項(xiàng)利用3D打印技術(shù)，一次打印成型，在結(jié)構(gòu)式有許多的優(yōu)勢(shì)，由于是一次成型，所以在保衛(wèi)方面性能很好，半導(dǎo)體制冷技術(shù)是在低能耗的條件下的便攜制冷裝置，主要是將電能直接轉(zhuǎn)化為溫度差來實(shí)現(xiàn)降溫的效果，制冷速度快，安靜，節(jié)能。

2 3D打印迷你冰箱的制造工藝

首先，3D打印迷你冰箱（下稱迷你冰箱）利用時(shí)下熱門的3D打印技術(shù)制作迷你冰箱所需外部結(jié)構(gòu)。相比于市面上所見冰箱，迷你冰箱不同于利用傳統(tǒng)工業(yè)的減材制造，相反利用增材制造以達(dá)到對(duì)于原料最大程度的節(jié)約。但3D打印技術(shù)還很少被使用在日常生活中，通常會(huì)應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，因此迷你冰箱與3D打印技術(shù)的結(jié)合很好的為3D打印技術(shù)在日常生活中的廣泛普及做了示范作用。同時(shí)利用計(jì)算機(jī)軟件（如SolidWorks，Cura，Pronterface等軟件）可以對(duì)迷你冰箱外框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行一體構(gòu)圖設(shè)計(jì)，從而達(dá)到一次成型的目的，極大的減少了加工時(shí)間，減少人力物力的投入；3D打印技術(shù)運(yùn)用的原料是PLA ，聚乳酸（PLA）是一種新型的生物基及可生物降解材料，使用可再生的植物資源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料經(jīng)由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌種發(fā)酵制成高純度的乳酸，再通過化學(xué)合成方法合成一定分子量的聚乳酸。其具有良好的生物降解性，使用后能被自然界中微生物在特定條件下完全降解，最終生成二氧化碳和水，不污染環(huán)境，這對(duì)保護(hù)環(huán)境非常有利，是公認(rèn)的環(huán)境友好材料。與普通冰箱外框架結(jié)構(gòu)是金屬的材質(zhì)不同，更加輕便，并且環(huán)保。總體而言迷你冰箱利用3D打印技術(shù)，使得迷你冰箱更加輕便，環(huán)保，同時(shí)節(jié)約原材料，與加工時(shí)間的投入。

3 3D打印迷你冰箱的制冷原理

其次，迷你冰箱的制冷原理與傳統(tǒng)冰箱不同，迷你冰箱利用半導(dǎo)體制冷片進(jìn)行對(duì)易拉罐的冷卻。半導(dǎo)體制冷技術(shù)事實(shí)上中國(guó)從很早就開始重視并著手研究于60年代和80年代間上升到一個(gè)臺(tái)階，后被廣泛應(yīng)用于軍事，醫(yī)療，專用裝置等方面，但在日常生活中并沒有被充分利用，而在迷你冰箱中的運(yùn)用則為半導(dǎo)體制冷片應(yīng)用于基礎(chǔ)生活做出示范。半導(dǎo)體制冷片的工作原理是當(dāng)直流電通過兩種不同半導(dǎo)體材料串聯(lián)成的電偶時(shí)，在電偶的兩端即可分別吸收熱量和放出熱量，可以實(shí)現(xiàn)制冷的目的，并且通入的電壓不大，可以連接車輛充電電源，電腦USB接口等小功率電源，更加便于生活使用。與此同時(shí)半導(dǎo)體制冷片不需要任何制冷劑，可連續(xù)工作，沒有污染源沒有旋轉(zhuǎn)部件，不會(huì)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)效應(yīng)，沒有滑動(dòng)部件是一種固體片件，工作時(shí)沒有震動(dòng)、噪音、壽命長(zhǎng)，安裝容易。但是半導(dǎo)體制冷片如今仍有較大的提高空間，半導(dǎo)體制冷片效率不高，從COP能效比的角度看，效率比蒸汽壓縮循環(huán)要低。蒸汽壓縮循環(huán)的效率通常能達(dá)到半導(dǎo)體制冷的4倍以上。關(guān)鍵的缺陷是在于半導(dǎo)體制冷片自身會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，這就需要不斷的散熱來解決。效率低也是因?yàn)檫@個(gè)原因，由于用的是半導(dǎo)體，所以電阻很大，很大一部分能量都用來加熱自己了。但是就此研究來說半導(dǎo)體制冷片是迷你冰箱制冷模塊的不二之選，其產(chǎn)生的熱量可以通過風(fēng)扇導(dǎo)出，使其制冷效果更好。半導(dǎo)體制冷片擁有低能耗，占用空間小，無噪音，壽命長(zhǎng)等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

使用于室內(nèi)、室外，在路上或在辦公室，微型冷熱箱可以保持您的食品和飲料清涼新鮮。撥動(dòng)箱后的開關(guān)轉(zhuǎn)換成為一個(gè)制冷系統(tǒng)，可將食品降低到0度。具備制冷功能。不同方向擺放，它的確是多用途。微型冷熱箱能方便地儲(chǔ)存三文治、水果、化妝品和更多種類的物品。配帶一個(gè)公用連接電線和一個(gè)汽車點(diǎn)煙器連接線，意味著您即可以在汽車上保持食品和飲料清涼。適用于野餐或垂釣旅行。一旦您手頭上擁有迷你小冷箱，每一個(gè)家庭每一個(gè)房間都能放置一個(gè)。更能顯示出生活的個(gè)性流暢感和前衛(wèi)的時(shí)尚。汽車：度假、家庭郊外旅行-使用12伏的標(biāo)準(zhǔn)連接線，您可以將微型冷熱箱連接到您的汽車點(diǎn)煙器上。即可以在汽車上享受清涼的食品和飲料。