3D打印技术是产品开发常用的一种工具，对于风扇制造商而言，占据了整个过程中不可或缺的两个步骤。

一般情况下，我们不会太在意酒店、机场、仓库和加工车间天花板上的风机，直至这些风机发生故障或因为空气流动和噪声而引起我们的注意。为确保风机的高效、安静和安全运行，Big Ass Fans公司投入了大量资金进行风机效应研究。该公司位于肯塔基州的列克星敦，专门有一座用于风机科学研究的研发实验室。该实验室能够测量各种参数，比如冷却功率、噪声分贝和电磁辐射。

研发工作主要涉及迭代设计等等。某些风机组件为标准组件，例如构成螺旋桨的铝材，在同一个系列内只有长度与模型有所不同。但是，这些标准组件的性能会受到一些小特征的影响。例如，更改每个桨叶末端的小翼尺寸和形状将会导致通过风机表面的空气流发生明显变化（图1）。为此，在进行此类部件的设计、测试和验证时，Big Ass Fans公司主要依靠3D打印技术。

图1 图中所示的3D打印出来的小翼是研发实验室使用Raise3D打印机进行迭代设计后制造出来的风机部件原型。小翼的尺寸和形状会影响到风机转动时向下流动的空气量。

公司在列克星敦园区内两个不同位置安装了3D打印机：一台在研发实验室内，一台在总部设计部旁边的“修补室”中。将两台机器安装在不同地方并非是因为空间问题，而是这两台打印机的功能不同。其中一台主要用于设计迭代，而另一台则负责设计验证（图2）。

图2 在Big Ass Fans公司的原型制造工艺过程中，3D打印技术扮演了两个不同的角色，其一是用于开发阶段的迭代设计，其二是用于制造阶段的验证工作。图中所示黄色电机罩便是前者的示例，该组件采用3D打印技术，由4个带锯齿状接缝的部分通过粘接剂粘接在一起，然后通过喷砂、喷漆和上釉等步骤后方才获得如此精美的原型。

迭代

研发实验室内的两台Raise3D Pro2 Plus 3D打印机负责Big Ass Fans公司的设计迭代。通过原型设计工程师Michael Smith，我们了解到实验室主要利用这些系统的空间构建能力、速度以及与各种材料的兼容性（图3）。这些打印机采用开放式参数，能够在最高300 ℃条件下工作，所以能够与Raise3D或其他供应商提供的各种灯丝材料兼容。此外，还可以调整牵引力、速度和挤压机的温度，确保获得最佳结果。Smith发现这台机器十分可靠和值得信任，即使是在无人值守模式下运行也是如此，尽管他还是安装了Nest摄像机进行远程监控，以防意外发生。每台打印机每年工作约2000 h，相当于一位全职员工一年的工时。

图3 原型设计师Michael Smith正站在公司其中一台Raise3D打印机旁。每台打印机都配备了通用的12 × 12 × 24英寸打印台，支持的材料多种多样，每年制造各种原型、模型和工具的时间加起来约2000小时。这些打印机主要用于风机组件的迭代设计。

这些打印机可以用于制造固定装置、辅助设备、聚氨酯铸造所需的模具，偶尔也用于终端部件制造，但是其主要功能还是制造产品开发所需的功能性原型（图4），例如上文提到的小翼。在过去，研发车间需要对Delrin公司提供的部件进行加工或将这项工作外包出去，而现在，车间可以很快完成原型生产，并安排测试。Smith说道：“当我需要进行设计迭代时，只用一个动作：打印。”

图4 图中所示为采用Raise3D打印机制造的各种部件，包括原型、聚氨酯模具、电机绝缘子和第一张图片中的电机罩。Raise3D打印机不仅能够用于生产各种部件，有时候还可以分块打印物体，Smith说到。

如果是新产品，总部的设计工程师将首先使用Ansys建模软件进行设计和模拟。然后将部件文件发送给研发实验室，进行原型制造、迭代和测试。在这种情况下，Smith一般会使用Raise3D打印机制造原型，一般在几天内便可创造出多个不同的版本。如果是像小翼一样的小型部件， Smith则会一次完成5次设计迭代，每次包括6个或8个小翼。然后，对设计进行严格的测试，确保团队能够收集到有关产品性能的有效数据。

研发实验室内的测试设备能够在100 in×100 in×55 in（1 in=2.54 mm）的大型房间内完成风机推力测试，而无需进行空气循环，也可以在更能模拟风机最终安装环境的小隔间内开展工作，包括某些天花板高度可以调整的房间。

随着测试配置在整个实验室内的传送，研发团队能够收集到每个参数的输出信息，包括风机的推力、产生的风速、人类可以感觉到的温度、电磁辐射等等。一般情况下，测试过程中产生的数据会用作下一次设计迭代，可以打印出来后进行测试。“在实际开展工作前，我们需要进行很多反复性工作。”研发经理Jay Fizer说到（图5）。

图5 研发经理Jay Fizer正站在Big Ass Fans公司肯塔基州研发实验室某测试间的风机下方。这个房间采用可调整天花板，可以模拟不同的房间尺寸，并且配备了风速计，测量风机造成的空气移动速度。通过类似设备，公司能够测量各种小型特征对产品性能的影响，比如小翼。

验证

在研发测试期间收集到的数据将反馈给Ansys，工程师可以在启用“修补室”内任意一台打印机进行最终原型的3D打印前，对设计再进行调整。修补室内有一台Fortus 370和一台Objet 30 Prime 3D打印机（图6）。两台打印机均由Stratasys公司生产，用于验证。与研发实验室的打印机相比，这些打印机更为高级，购买和操作成本更高，但是能够达到最终设计验证所需的精确度，并且外观看起来更加舒适。

图6 Big Ass Fans总部配备了两台Stratasys 3D打印机，图中所示为Objet 30 Prime，另一台是Fortus 370。其用途与研发实验室的打印机有所不同，除了能够迅速完成迭代设计外，这些打印机精确度更高，可以在产品进入生产阶段前进行设计验证。

Fizer说道：“研发的重点是通过打印技术进行连续迭代，而工程设计的目标是将经过验证的设计打印出来。”Big Ass Fans公司发现，越早进行3D打印原型测试，越能够提高设计效果，缩短新产品上市所需的时间。