3D打印备件：意义与局限

Lisa Ernst · 22.11.2025 · 技术 · 9分钟

经典案例：洗碗机上的一个小型塑料卡扣断了，机器不再运行，原厂备件要价35瑞士法郎， Lieferzeit 三周。谁拥有3D打印机（或认识能打印的人），会很快想到：“我把这个零件的型号画出来，然后自己打印。”在我们33d.ch的工坊里，几乎每周都能听到这样的故事——说实话，我们几年前也是这样开始的。

这个想法很棒：数字备件文件取代仓库货架，按需打印取代昂贵的物流体系。同时，在实践中我们也看到一些零件在错误的应用场合断裂，夏天在车内变形，或者在法律上变得棘手。在这篇文章中，我们将展示3D打印备件的巨大意义——以及我们作为专业3D打印服务公司明确建议“远离”的零件。

Quelle: 独立呈现

为什么3D打印备件如此诱人

制造商和服务组织几年来一直在试验增材制造的备件。英国市场监管机构对家用电器中3D打印备件的一项研究表明，这些零件在技术上确实可以工作，但它们的安全性在很大程度上取决于材料、打印参数和质量保证。对制造商来说，这意味着：数字库存取代货架空间，零件可快速获取，从而减少过时。

对个人来说，这同样具有吸引力：下载STL文件，在切片软件中快速检查设置，每件零件的耗材可能只需2-3瑞士法郎——完成。然而，我们在日常生活中很快就会发现，一个零件“只是”固定墙上的遥控器，与它是否需要承受压力、高温或安全相关的力，这之间存在很大差异。因此，我们在内部将无风险的舒适件与安全相关组件严格区分开来。

无风险应用：“绿色区域”

所有不承载任何物体或任何人的，并且在发生故障时最多只会让人烦恼但不会伤到人的东西，我们都归为绿色区域。根据我们的经验，使用PLA或PETG材料通过FDM 3D打印，在这个区域通常非常可靠——前提是打印质量良好且零件没有完全过载。

Quelle: 3ddruckmuenchen.com

像这样的支架、卡扣和内衬，我们33d.ch每天都在打印——3D打印在这里发挥了其作为灵活“小型零件工厂”的优势。

支架、整理器和“生活品质”零件

对于支架和整理器，3D打印备件是理想选择。如果零件损坏，虽然令人恼火，但并不危险——而且重新打印通常只需要一到两个小时。我们日常的典型例子包括：

• 咖啡胶囊或滤纸架，不直接靠近机器的蒸汽喷嘴。
• 用于多孔插座、路由器或小型电源适配器的壁挂式支架，以改善电缆管理。
• 抽屉、工具箱或小型零件收纳盒内的隔板和分隔器。

在33d.ch，对于这类零件，例如0.2毫米的层高、三到四层外壳以及20-30%的填充率被证明非常有效。简单来说，填充率是指零件的“内部结构”：百分比越高，部件就越坚固——所需的耗材和打印时间就越多。这些是基于经验的值；取决于打印机、喷嘴和耗材，略有不同的组合可能效果更好。

无大负载的按钮和操作元件

收音机的旋钮、音量调节器、小型滑块或按钮的延长件：通常情况下，这些零件是无风险的，只要它们不传递大力量，并且不直接安装在高温部件上。咖啡机或厨房电器上的许多装饰性按钮只是一个坚固的金属或原始机械结构上的薄塑料盖——在这种情况下，打印的替代品可以在不影响安全性的情况下，在外观上挽救一台机器。

罩子、面板和塞子

螺丝盖、用于难看钻孔的面板或汽车内饰中的小型盲塞是典型的“绿色区域”应用。它们具有光学或防尘功能，并且不承载任何东西：没有人、没有大负载、没有危险的电气设备。我们经常在这里使用3D打印零件——并且多年来几乎没有遇到问题，除了偶尔在有大量紫外线照射下PLA零件会发黄。

安全关键组件：我们需要非常谨慎

一旦涉及高温、压力、电流或人员，情况就会变得棘手。在这些领域，材料数据、打印参数和测试至关重要——这些在家庭车库中只能有限地实现。

材料与温度

大多数家用打印机使用FDM材料，如PLA、PETG或ABS。PLA，许多入门者的标准材料，从大约60-65°C开始变软，刚度明显下降。在停放的汽车内，这样的温度很快就会达到或超过车内温度；根据天气情况，天气服务部门的测量数据和研究显示，车内温度在50°C至70°C之间，而仪表板则会更热。那时，挡风玻璃上的PLA手机支架通常只能支撑一个夏天——我们33d.ch已经多次在客户的“融化”案例中遇到过。

耐高温材料，如PETG、ASA或特种高温聚合物，更适合温暖的环境。但它们并不能自动使零件“安全”：如果没有经过测试的材料数据、定义的打印流程和负载测试，业余打印就无法替换经过批准的车辆零件或咖啡机组件。

推荐视频： 3D打印材料在拉伸和弯曲测试中的比较 – 了解PLA、PETG和ABS之间差异的好方法。

机械负载与层方向

FDM零件是各向异性的，也就是说：在层方向上的强度比在层内的强度要差。在日常生活中，这意味着零件经常沿着层线断裂。一个需要承受层方向的拉力或弯曲的家具连接件，通常比一个完全承受相同方向应力的相同零件要坚固得多。

因此，我们首先会故意测试关键部件直至断裂，然后再推荐给客户——并且在它们将来安装的方向上进行测试。特别是对于卡扣、卡接连接器和薄臂，我们宁愿选择稍厚的壁厚，并选择一个在断裂时不会直接导致坠落或跌落风险的层方向。

卫生与食品接触

即使是干净打印的FDM零件，也会有细小的凹槽和微孔，食物残渣和细菌会附着在上面。食品包装论坛指出，如果没有适当的密封，这种表面很难进行卫生清洁，并且可能导致耗材中的添加剂迁移到食品中。因此，对于与饮料、咖啡机中的奶路或热食的长期接触，传统的业余3D打印仅非常有限地适用。

我们车间的实用方法：饼干模具、切模具或仅与食物短暂接触后彻底清洁的辅助工具，可以小心地制作。对于饮水杯、永久性的饲料或水碗以及机器内部高温、难以清洁的部件，我们坚决不建议在家中使用——在这里，我们建议使用认证的原厂或第三方零件。

推荐视频： 食品级3D打印？限制与可能性 – 深入了解食品接触的好起点。

我们车间的三个典型实际场景

为了让一切变得具体，这里是我们在33d.ch经常看到的三个情景——以及我们的经验总结。

1. 咖啡机：配件可以，水路不行

咖啡机是3D打印备件的经典应用。网上可以找到无数的按钮、杠杆和支架的STL文件。然而，关于家用电器中3D打印备件的技术研究也表明，安全关键部件对材料和工艺变化的敏感程度。

• 绿色区域: 压粉器、清洁刷或盲滤器的支架；仅覆盖孔洞的面板；操作坚固原装机械结构的装饰性按钮。
• 黄色区域: 会短暂变热或溅到水但不需要承受压力的零件——例如，喷水区域的盖子。在这种情况下，如果需要，我们会测试多个原型。
• 红色区域: 高压路径中的所有部件（浓缩咖啡锅炉、牛奶泵、阀门），长期导水或导蒸汽，或难以清洁的部件。从我们的观点来看，这些零件应仅作为经过测试的原厂零件或经认证的工业组件使用。

推荐视频： 用3D打印的小零件修理咖啡机 – 无风险备件的良好范例。

2. 家具与家居：很多可能，但并非所有

家具零件是3D打印的理想选择，因为它们通常在室温下运行，并且损坏的后果是可以控制的——但也有例外。

• 典型无风险: 钻孔塞、背板卡扣、轻质家具的滑动件、LED灯带支架或线缆槽。
• 谨慎考虑: 承载餐具或工具重量的抽屉连接件；儿童可能抓住的支架。在这种情况下，我们会特意设计得更宽大，并在组装状态下进行测试。
• 禁止: 高架床、椅子或梯子的承重连接件。一旦断裂可能导致坠落，我们就不会为实际使用打印这类零件，最多只能用于功能原型。

实践表明：当客户带着损坏的椅子连接件来找我们时，我们几乎总是建议使用金属解决方案或原厂备件——即使这个零件几何形状上很容易打印。

3. 汽车内饰：整理可以，安全不行

Quelle: formlabs.com

在汽车领域，增材制造被广泛测试——但对于安全关键组件，存在很高的门槛和审批要求。

在汽车内饰中，有很多激动人心的应用领域：手机支架、中央通道整理器、支架适配器。同时，汽车会结合高温、紫外线和安全系统，如安全气囊和安全带。

• 可以: 整理器内衬、即使掉落也没关系的支架、没有安全功能的中央控制台上的小型面板。
• 棘手: 空调出风口夹子，夏天会很热；靠近安全气囊盖板或安全带导向装置的零件。在这种情况下，失效场景是关键。
• 绝对禁止: 与安全气囊、安全带固定点、座椅导轨或制动踏板机制相关的零件，以及在碰撞中吸收能量或影响约束系统的组件。法律和产品责任分析明确警告不要在未经批准的情况下更换安全关键的车辆零件。

我们33d.ch的日常：我们很乐意打印定制的手机支架或储物格的内衬——任何可能影响碰撞安全的东西，我们都会坚决排除。

法律与责任：何时成为制造商

除了技术方面，还有法律方面。德国联邦劳动安全与职业医学局（BAuA）在其3D打印指南中明确指出，销售3D打印产品或系统性地将其提供给第三方的人员或研讨会，在法律上被视为制造商，并且必须履行产品安全法的义务。

对3D打印备件的法律分析还强调，在有缺陷零件造成的损害方面，不仅是打印服务提供商，根据具体情况，CAD文件或耗材的供应商也可能承担责任。此外，欧盟的产品责任规则正在不断扩大，未来数字制造文件和软件也可能被视为产品。

对我们33d.ch来说，这具体意味着：我们记录功能性零件的材料和设置，拒绝打印明显安全关键应用的订单，并在零件仅用于测试或原型制作时明确沟通。

• 您定期通过平台或自己的网站订购或销售打印零件。
• 您将3D打印作为一种服务提供（例如，“我以付费方式打印您的备件”）。
• 您以明确的用途提供安全关键备件的CAD文件。
• 您将打印的零件安装到其他人使用的设备中，而没有告知他们风险。

每次备件前的决策检查

Quelle: hdcmfg.com

对于高负载、安全关键零件，制造商通常会选择金属3D打印，并进行严格的质量保证——这与典型的业余设置相去甚远。

在33d.ch打印备件之前，我们会进行一个简短的心理检查清单。许多客户后来也会采纳这种逻辑：

• 零件是否涉及安全或健康？ 断裂是否可能导致坠落、事故、火灾或触电？如果是，我们倾向于选择原厂或经过测试的备件。
• 是否存在高温、压力、电流或食品接触？ 靠近加热器、锅炉、压力管路或电源电压的零件，以及具有长期食品接触的部件是典型的红色区域。
• 突然失效的后果有多严重？ 断裂的胶囊架很烦人，但无害。断裂的扶手、座椅支架或安全带滑轮则不然。
• 是否有价格合理的、经过测试的备件？ 如果官方备件价格为20瑞士法郎，那么自行打印的法律和技术灰色地带通常不值得。
• 我们能否安全地进行测试？ 挂钩或支架通常可以在靠近地面或通过重物进行测试。对于汽车的安全性零件或压力容器，在日常生活中进行现实、无危险的测试几乎是不可能的。

推荐视频： 功能性3D打印零件的工程师分析 – 有助于了解安全因素和失效模式。

简而言之

• 3D打印备件非常适合支架、整理器、按钮和面板，这些组件的损坏虽然令人烦恼，但不会危及他人。
• 一旦涉及高温、压力、电流、食品接触或人身安全，传统的FDM家用打印很快就会达到其极限。
• 在法律上，从“只是快速打印点东西”到成为制造商的角色，其责任很快就会变得明确——特别是当您以金钱或定期为他人提供零件时。
• 在打印前进行诚实的安全性与责任检查，可以避免麻烦，防止损害，并确保3D打印能够在其真正擅长的领域大放异彩。

在33d.ch一起学习

• 理解3D打印公差
• 正确储存和干燥耗材
• 用于稳定功能性零件的切片机基本设置
• 材料比较：PLA、PETG、ASA实际测试
• 检查清单：从想法到安全的3D打印备件