3D打印迷你冰箱的原理及制作

张文豪　张艳玲　冯旭明　刘明可

摘 要：3D打印迷你冰箱此项研究可以满足人们在空间有限，能源有限的条件下对于易拉罐饮品冷却的需求；采用3D打印技术使其可以快速一体成型，通过增材制造，大幅度减少对于原料的浪费；使用半导体制冷片，实现在小空间范围内对易拉罐饮品的快速冷却，在使用方面对空间容量要求低，对电力设备要求低，只需12V直流电压即可正常工作。

关键词：3D打印；制冷；便携；环保；安静

本研究旨在满足人们在汽车、办公室、卧室、寝室，等环境狭小，电力设备配置较低的条件下，满足对于易拉罐冷饮的制冷需求；主要是将电子电路和目前的3D打印相结合，快速将我心中的想法转换为实物，同时也验证了我的理论是正确的。本研究涉及3D打印、便携制冷等方面，利用半导体制冷片的工作原理对易拉罐饮品快速冷却。本次的研究的实际目的就是为了解决目前市面上的大体积冰箱的空间大，功率大，噪音大等缺点，结合自己所学到知识，将半导体制冷来代替压缩机的工作最终实现理想的制冷效果。

1 3D打印迷你冰箱的工作原理

当前冰箱产业普遍使用制冷机对物品进行降温，制冷机压缩制冷剂蒸汽，使其在冷凝器中被冷凝为液态制冷剂，然后经过节流阀降压降温，在蒸发室中，制冷剂液体从待冷却的物体中吸收热量全部蒸发为气体，被压缩机吸进，重新经过压缩进行下一个循环，这种方式所占用空间大，对能源消耗大，而3D打印迷你冰箱是一项利用3D打印技术，一次打印成型，在结构式有许多的优势，由于是一次成型，所以在保卫方面性能很好，半导体制冷技术是在低能耗的条件下的便携制冷装置，主要是将电能直接转化为温度差来实现降温的效果，制冷速度快，安静，节能。

2 3D打印迷你冰箱的制造工艺

首先，3D打印迷你冰箱（下称迷你冰箱）利用时下热门的3D打印技术制作迷你冰箱所需外部结构。相比于市面上所见冰箱，迷你冰箱不同于利用传统工业的减材制造，相反利用增材制造以达到对于原料最大程度的节约。但3D打印技术还很少被使用在日常生活中，通常会应用在工业领域，因此迷你冰箱与3D打印技术的结合很好的为3D打印技术在日常生活中的广泛普及做了示范作用。同时利用计算机软件（如SolidWorks，Cura，Pronterface等软件）可以对迷你冰箱外框架结构进行一体构图设计，从而达到一次成型的目的，极大的减少了加工时间，减少人力物力的投入；3D打印技术运用的原料是PLA ，聚乳酸（PLA）是一种新型的生物基及可生物降解材料，使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸，再通过化学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条件下完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。与普通冰箱外框架结构是金属的材质不同，更加轻便，并且环保。总体而言迷你冰箱利用3D打印技术，使得迷你冰箱更加轻便，环保，同时节约原材料，与加工时间的投入。

3 3D打印迷你冰箱的制冷原理

其次，迷你冰箱的制冷原理与传统冰箱不同，迷你冰箱利用半导体制冷片进行对易拉罐的冷却。半导体制冷技术事實上中国从很早就开始重视并着手研究于60年代和80年代间上升到一个台阶，后被广泛应用于军事，医疗，专用装置等方面，但在日常生活中并没有被充分利用，而在迷你冰箱中的运用则为半导体制冷片应用于基础生活做出示范。半导体制冷片的工作原理是当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的，并且通入的电压不大，可以连接车辆充电电源，电脑USB接口等小功率电源，更加便于生活使用。与此同时半导体制冷片不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易。但是半导体制冷片如今仍有较大的提高空间，半导体制冷片效率不高，从COP能效比的角度看，效率比蒸汽压缩循环要低。蒸汽压缩循环的效率通常能达到半导体制冷的4倍以上。关键的缺陷是在于半导体制冷片自身会产生很大的热量，这就需要不断的散热来解决。效率低也是因为这个原因，由于用的是半导体，所以电阻很大，很大一部分能量都用来加热自己了。但是就此研究来说半导体制冷片是迷你冰箱制冷模块的不二之选，其产生的热量可以通过风扇导出，使其制冷效果更好。半导体制冷片拥有低能耗，占用空间小，无噪音，寿命长等多项优点。

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