一种基于增材制造技术的多功能蓝牙音箱设计

2018-04-04徐浡伦

承德石油高等专科学校学报 2018年1期

徐浡伦

(北京市第一六六中学，北京 100006)

3D打印部件和产品正在从工业生产逐渐走进我们生活。在过去的几年里，由于受到计算能力、新型设计软件、新材料的快速发展，3D打印技术迅速发展[1]。同时3D打印技术有着良好的发展前景，很多科学家预计到2040年左右利用3D打印技术为很多产品(从喷气式发动机到汽车)生产零件将成为主流，定制特定的相关产品以满足科学研究和企业生产[2]。蓝牙音箱是当前人们在生活、工作、娱乐中所必不可少的设备，自始至终一直占据着重要地位。基于目前市面上的蓝牙音箱造型单一，不方便携带，价格昂贵，难以满足人们对于日常生活的要求。本文介绍的是自己设计制作的一款创意新颖的蓝牙音箱，外壳部分采用先进的3D打印设备加工，最大程度地减轻整体重量，方便使用者携带；支柱搭配实木材料，与白色的ABS外壳相呼应，现代科技中透露着古典气息；整体造型犹如悬浮在空中的飞碟，充满神秘。

1　蓝牙音箱硬件设计

蓝牙音箱硬件种类繁多，主要有3W、5W、8W等，主流组合方案有CSR8670+BC5MM、CSRA64110、CSRA64210、CSRA64215等，设计的音响强调便携性，设计方案如图1所示，用DC-DC电源升压芯片并集合成电路版，如无更高要求，类似的小型蓝牙音箱PCBA板也可在市面上直接购买，并为其配备小型扩音器以及电池。最终组合成硬件系统，如图2所示。

2　基于增材制造技术的造型设计

2.1　底座设计

借助于3D ONE PLUS软件进行产品外形结构设计，底座为一个类似于碗的形状，中间向下凹，方便使用者放一些小物品，方便在工作时使用，如图3所示。在3D打印过程中，底座打印时选择较密的填充程度，如图4所示，可增加底部重量，降低重心，防止设计出现倾倒的状况。

底座顶部设计时在其板面上增加加强筋结构，以提高其稳定性(图5)；并在平板下方设计磁铁嵌入槽，使整体结构即美观又实用(图6)。

2.2　音箱外壳设计

蓝牙音箱大部分为单腔导向式结构，其低频扬声器单元的品质因数Q、谐振频率f及等效容积Vas是决定音箱低频响应的重要参数。箱体容积计算公式：

Vb=Vas/a

(1)

式中，a为箱体顺性比，可查表求得。

导相管长度适用计算公式：

(2)

式中，c为声速，约为340 m/s；S为0.1～0.4倍喇叭有效震动面积；f为喇叭谐振频率；V为箱体有效容积。

通过式(1)、式(2)确定外壳尺寸及固定位置。外观造型采用飞碟型设计，音箱下半部分，中孔放置选配扬声器，旁边设计了8个直径为1 cm的圆，使电路板自带的镭射灯光发射出来，如图7所示，满足造型美观及音腔设计要求。如无更高音质要求，可随心设计外观。

3D打印时，选择较为稀松的填充程度，减小整体重量，不至于对磁铁产生过多负担。同时将其表面层数从3 Layers(默认值)增加至5 Layers，使其外壳更加坚固，防止单独使用时的磕碰致其损坏，如图8所示。

2.3　打印零件的后处理

从打印平台上取下的模型由两部分组成，一部分是模型本身，而另一部分则是由计算机自动生成数据并打印的支撑材料。支撑材料与模型主材料的物理性能是一样的[3]，在初步的打磨之后，层与层之间的纹路相对变得模糊，但整体仍然呈现为淡黄色。使用白色蓝孔雀自动喷漆，将外壳整体喷涂一遍。喷涂完毕后，喷涂表面有均匀的亚光效果。