有了 3D 打印机后，除了做玩具，也可以自己设计制作一些家用的小物件，非常实用。学习成本不算高，但中文资料相对零散，所以我借这个小项目顺便做一次“从需求到成品”的入门记录——制作一个冷蒸发式加湿器的外壳。FreeCAD + 3D 打印其实是一个方便、效果也稳定的方案。

1 工具选型

06_CAD 工具选择与入门

1.1 我的选型

在工具上，我主要在 Blender 和 FreeCAD 之间选择，原因很现实：它们都是开源软件，不用付费，Windows / Linux / macOS 都能用。自己实际使用频率不高，也不想为了偶尔建个模而花太多时间和订阅费用。

具体到这个项目，本质上只是做一个壳子，没有复杂曲面和装饰花纹，基础形状也无非是矩形、圆、椭圆。在这种前提下，FreeCAD 更合适一些：它在对齐、具体尺寸的精确设置和约束、简单阵列以及布尔运算上都比较直接，偏工程思路，用起来心里有数，改尺寸也不容易失控。

当然，FreeCAD 的问题也很明显：整体视角、旋转和交互偏“朴素”，一旦图形复杂起来，同样的操作，Blender 往往轻松应对，FreeCAD 却可能卡顿甚至报错。这个项目对造型自由度要求不高，更看重尺寸和结构是否可控，所以这些限制可以接受。

总而言之：需要自由、复杂形态时用 Blender；需要尺寸、约束和工程感时，用 FreeCAD 就够了。

FreeCAD 可直接在 GitHub 下载对应操作系统的安装包。

2 需求和设计

2.1 使用需求

给加湿器做一个外壳，至少需要满足以下功能性需求：

  • 包含一个可通气的圆筒，用于保护滤芯，同时保证湿气顺利吹出
  • 顶盒/顶盖可拆卸，方便查看内部及走线；顶盖可替换，便于后期加装单片机、温湿度计、显示屏或风力调节器
  • 整体结构需避让右侧水容器（两个圆柱在空间上有一定交集）

2.2 设计约束

在满足上述需求的前提下，还需考虑材料和制造方式带来的现实约束：

  • 选择 PETG 作为打印材料：加湿器外壳长期处于潮湿和送风环境，相比 PLA，PETG 在耐湿性、耐温和韧性上更适合
  • 以 3mm 厚度作为基础壁厚，PETG 打印友好，强度和成功率稳定
  • 盒盖与盒体之间预留 0.2mm 公差（材料可能收缩），保证可拆装性
  • 不做复杂花纹：一方面 FreeCAD 对复杂花纹计算慢，另一方面壳体本身没必要
  • 不使用导角，为后续叠加更高层结构预留平整接触面，保证稳定性和契合度

2.3 结构设计

最终采用如下方案：

  • 主体与顶部分体设计，方便拆装，也便于替换不同功能模块
  • 圆筒上的通风孔保证出风同时，不直接暴露太多滤芯，并提供足够支撑
  • 出线口做成稍大的圆形，直接放在可拆顶盖上，插头无需反复穿孔，维护更省事

3 具体实现

主体比较复杂，以下以顶盖为例展示建模过程：

3.1 顶盖（可拆部分）

顶盖结构分为“外盖 + 内卡边”。

  • 新建实体
    • Part Design → Create Body
  • 外盖
    • Create Sketch → XY 平面
    • 画圆 → 直径 150 mm
    • Close Sketch
    • Pad → 厚度 2 mm
  • 内卡边
    • Create Sketch → XY 平面
    • 画圆 → 直径 129.8 mm（预留装配间隙）
    • Close Sketch
    • Pad → 高度 5 mm
  • 出线孔
    • Create Sketch → XY 平面
    • 画椭圆 → 40 mm × 6 mm
    • 用重合约束（Coincident）对齐圆心
    • 用 Attachment → Position 调整 x,y,z
    • Close Sketch
    • Pocket → 深度 5 mm
  • 出气口
    • Create Sketch → XY 平面
    • 画椭圆 → 长 60 mm，半径 1.6 mm
    • 重合约束对齐圆心
    • Attachment → Position 调整位置
    • Close Sketch
    • Pocket → 深度 5 mm
    • Linear Pattern 线性阵列 → 7 个

3.2 打印设置

  • 使用 PETG Basic 默认参数
  • 打印注意顶面朝下，以减少支撑和悬空面
  • 设置成无支撑，这里悬空面比较小，打印机可自行处理

4 成品效果

5 有待改进

5.1 打印细高件

打印高长件时，越往上越容易晃动，模型抖得厉害。这是因为越高越不稳，振动和重力容易让它歪或变形（下图为效果对比）。

解决方法

  • 加支撑，不光是软件里的支撑，也可以自己设计横向连接或加强筋
  • 细高件别太细，适当加粗
  • 打印底座稳固或稍调慢打印速度，减少晃动

5.2 外罩阻碍气流

加了外罩会阻碍气流，我尝试了一些措施：细柱、镂空比 1:1、盖子上留几个椭圆孔、风扇上方留空。但效果仍明显影响加湿效率，水量消耗下降，说明空气流动受阻严重。

原因分析：现在的盖子像一根“吸管”，孔窄 3.2mm，厚度 4mm，空气穿过时会遇到摩擦和阻力。柱子挡在主风路上，还会造成乱流，风扇风量被浪费。

后面会尝试一些改进方法：

  • 孔宽大于厚度，尽量短而宽，让空气顺畅通过
  • 柱子做成百叶窗式，风可以绕过去，不会直接撞产生乱流
  • 增加孔的总截面积，让风扇吹得更通畅

5.3 总结

建模和三维空间想象力关系很大，需要较强几何能力。如果构想有限，只能等做出来后发现问题，可能需要大量修改或重做。比较有意思的是，它把测量、物理、数学、空间、材料结合在一起，对小朋友也挺友好——在过程中能直观理解学习的实际用途。

6 参考资料

FreeCAD1.1 建模教程｜螺纹和滚花的创建方法，-36 期 freecad VS fusion360 https://www.bilibili.com/video/BV1SFmzBkE7T/?share_source=copy_web&vd_source=573b4e38139c4dc9d07806ec1e946f15

（解决不知道先点哪儿后点哪儿的问题）