4合1线材轮毂手板模型指集成四种线材特性（如刚性、柔性、透明、金属色）的轮毂原型，常用于汽车改装、工业设计验证及教具开发。以下从结构设计到功能实现的完整技术路径，兼顾多材料兼容性与力学性能：

一、轮毂结构与线材特性规划

4 合 1 功能分区设计

刚性支撑区：

轮辐主体：ABS/ASA（抗拉强度 40MPa），壁厚 3mm，支撑轮毂承重；

柔性缓冲区：

轮辋边缘：TPU 95A（邵氏硬度），厚度 2mm，模拟防爆胎缓冲；

透明展示区：

轮毂盖：透明光敏树脂（透光率≥80%），内置 LED 安装位；

金属质感区：

螺栓孔周边：不锈钢粉末烧结（SLM），直径 5mm，模拟真车螺栓。

三维建模关键参数

尺寸标准：

1:10 比例模型：直径 60mm（对应真车轮毂 18 英寸），轮宽 20mm；

结构细节：

螺栓孔：6 孔均布，孔距 50mm，直径 3mm（适配 M2.5 螺丝）；

散热槽：轮辐开设 5×2mm 矩形槽，间距 10mm，模拟真实轮毂散热。

二、多材料打印工艺选型

工艺类型	线材组合	精度	适合部件	成型难点
多喷头 FDM（如 Prusa i3 MMU）	ABS+TPU+PLA 透明 + 金属丝	±0.1mm	低成本多材料原型	线材切换精度控制
多材料 SLA（如 Stratasys J750）	刚性树脂 + 柔性树脂 + 透明树脂	±0.05mm	高精度外观模型	支撑拆除易损伤细节
SLS + 后处理染色	尼龙 12 + 金属涂层	±0.1mm	耐磨损功能验证模型	表面处理工序复杂
混合工艺	SLA 打印主体 + FDM 打印柔性件	±0.1mm	分部件多材料组合	组装精度要求高

材料组合案例：

轮辐：ABS（240℃打印），轮辋 TPU（230℃打印），通过共挤出喷头实现过渡；

金属质感区：PLA + 铜粉线材（含 20% 金属粉末），打印后电镀处理。

三、切片参数与打印优化

多喷头 FDM 关键设置

线材切换策略：

刚性 – 柔性过渡区：设置 5mm 渐变层，ABS 与 TPU 交替挤出（每层切换一次）；

透明区打印：层厚 0.1mm，填充率 100%，提升透光均匀性。

支撑设计：

轮辋内侧悬空部位：使用 TPU 材料的柔性支撑，打印后手动剥离；

金属质感螺栓孔：添加伞状支撑，支撑直径 0.8mm，接触点避开装饰面。

多材料 SLA 工艺要点

材料分布：

轮辐：VeroBlue 刚性树脂（硬度 80A）；

轮辋：TangoBlack 柔性树脂（硬度 95A）；

切片参数：

层厚 0.1mm，不同材料交界处设置 1mm 过渡层，提升结合强度。

四、后处理与功能强化

材料界面处理

附着力增强：

FDM 件：ABS 与 TPU 界面用丙酮蒸汽熏 10 秒，促进分子融合；

树脂件：不同材料交界处涂抹 UV 胶，紫外线固化后强度提升 30%。

金属质感加工：

铜粉线材表面：电镀镍 – 铜 – 铬三层膜（总厚度 5μm），盐雾测试≥500 小时；

透明树脂区：抛光至 Ra≤1.6μm，贴膜保护防刮。

功能测试

承重测试：

轮毂顶部加载 1kg 砝码，变形量≤0.5mm（安全系数≥2）；

旋转流畅度：

安装 608 轴承（外径 22mm），手动旋转圈数≥10 圈无卡顿；

耐温测试：

ABS 部件 100℃烘烤 2 小时，尺寸变化率≤0.5%。

动态效果集成

LED 灯光：

透明轮毂盖内置 0603 LED 灯珠，电池仓隐藏于轮辐（CR1220 电池）；

磁吸装饰：

轮毂中心嵌入直径 5mm 钕铁硼磁铁，吸附金属车标（吸力≥1N）。

五、设计避坑与成本控制

结构禁忌

不同材料交界处壁厚≥3mm，避免应力集中开裂；

TPU 轮辋宽度≥5mm，过窄易导致打印时塌陷。

低成本方案

分件打印 + 组装：

刚性部件 FDM 打印（ABS），柔性部件单独打印（TPU）；

透明区用亚克力板切割替代，成本降低 40%。

模块化设计

轮辐样式可替换：设计通用接口（卡扣 + 螺丝），快速更换不同造型轮辐；

预留传感器安装位：直径 3mm 孔，适配微型压力传感器（如胎压监测演示）。

六、应用场景与创新案例

汽车改装原型：
多材料打印 1:1 轮毂模型，TPU 轮辋模拟防爆胎效果，用于改装方案可视化；
金属质感区展示螺栓细节，帮助客户确认改装效果。

教具与培训：
4 合 1 轮毂模型标注材料分布，配合 AR 功能显示不同路况下的应力分布；
轮毂可拆解，用于汽车工程教学中的结构认知。

文创衍生品：
透明树脂轮毂内置微型景观（如城市模型），金属区雕刻限量编号；
搭配 LED 灯光，作为汽车文化收藏品。

七、安全与标准合规

教具安全：

小部件（如螺丝）拉力≥90N，避免儿童误吞；

材料重金属含量符合 EN71-3 标准。

工业验证：

模型尺寸公差≤0.1mm，满足汽车主机厂造型验证要求；

热变形测试：80℃环境下放置 24 小时，尺寸变化≤0.3%。

通过多材料 3D 打印技术，4 合 1 线材轮毂手板模型实现了材料特性与结构功能的深度融合，尤其适合汽车设计迭代、教育演示等场景，相比传统 CNC 加工节省 60% 的多材料打样成本。