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打印迷你冰箱此項研究可以滿足人們在空間有限，能源有限的條件下對于易拉罐飲品冷卻的需求；采用3D打印技術使其可以快速一體成型，通過增材制造，大幅度減少對于原料的浪費；使用半導體制冷片，實現在小空間范圍內對易拉罐飲品的快速冷卻，在使用方面對空間容量要求低，對電力設備要求低，只需12V直流電壓即可正常工作。

關鍵詞：3D打印；制冷；便攜；環保；安靜

本研究旨在滿足人們在汽車、辦公室、臥室、寢室，等環境狹小，電力設備配置較低的條件下，滿足對于易拉罐冷飲的制冷需求；主要是將電子電路和目前的3D打印相結合，快速將我心中的想法轉換為實物，同時也驗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，利用半導體制冷片的工作原理對易拉罐飲品快速冷卻。本次的研究的實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，結合自己所學到知識，將半導體制冷來代替壓縮機的工作最終實現理想的制冷效果。

1 3D打印迷你冰箱的工作原理

當前冰箱產業普遍使用制冷機對物品進行降溫，制冷機壓縮制冷劑蒸汽，使其在冷凝器中被冷凝為液態制冷劑，然后經過節流閥降壓降溫，在蒸發室中，制冷劑液體從待冷卻的物體中吸收熱量全部蒸發為氣體，被壓縮機吸進，重新經過壓縮進行下一個循環，這種方式所占用空間大，對能源消耗大，而3D打印迷你冰箱是一項利用3D打印技術，一次打印成型，在結構式有許多的優勢，由于是一次成型，所以在保衛方面性能很好，半導體制冷技術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化為溫度差來實現降溫的效果，制冷速度快，安靜，節能。

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）利用時下熱門的3D打印技術制作迷你冰箱所需外部結構。相比于市面上所見冰箱，迷你冰箱不同于利用傳統工業的減材制造，相反利用增材制造以達到對于原料最大程度的節約。但3D打印技術還很少被使用在日常生活中，通常會應用在工業領域，因此迷你冰箱與3D打印技術的結合很好的為3D打印技術在日常生活中的廣泛普及做了示范作用。同時利用計算機軟件（如SolidWorks，Cura，Pronterface等軟件）可以對迷你冰箱外框架結構進行一體構圖設計，從而達到一次成型的目的，極大的減少了加工時間，減少人力物力的投入；3D打印技術運用的原料是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。淀粉原料經由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌種發酵制成高純度的乳酸，再通過化學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，不污染環境，這對保護環境非常有利，是公認的環境友好材料。與普通冰箱外框架結構是金屬的材質不同，更加輕便，并且環保。總體而言迷你冰箱利用3D打印技術，使得迷你冰箱更加輕便，環保，同時節約原材料，與加工時間的投入。

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冰箱不同，迷你冰箱利用半導體制冷片進行對易拉罐的冷卻。半導體制冷技術事實上中國從很早就開始重視并著手研究于60年代和80年代間上升到一個臺階，后被廣泛應用于軍事，醫療，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用則為半導體制冷片應用于基礎生活做出示范。半導體制冷片的工作原理是當直流電通過兩種不同半導體材料串聯成的電偶時，在電偶的兩端即可分別吸收熱量和放出熱量，可以實現制冷的目的，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。與此同時半導體制冷片不需要任何制冷劑，可連續工作，沒有污染源沒有旋轉部件，不會產生回轉效應，沒有滑動部件是一種固體片件，工作時沒有震動、噪音、壽命長，安裝容易。但是半導體制冷片如今仍有較大的提高空間，半導體制冷片效率不高，從COP能效比的角度看，效率比蒸汽壓縮循環要低。蒸汽壓縮循環的效率通常能達到半導體制冷的4倍以上。關鍵的缺陷是在于半導體制冷片自身會產生很大的熱量，這就需要不斷的散熱來解決。效率低也是因為這個原因，由于用的是半導體，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體制冷片是迷你冰箱制冷模塊的不二之選，其產生的熱量可以通過風扇導出，使其制冷效果更好。半導體制冷片擁有低能耗，占用空間小，無噪音，壽命長等多項優點。

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