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
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。
4 结论
1)基于增材制造技术设计的多功能蓝牙音箱可满足不同用户的个性化需求;
2)这种蓝牙音箱制造方式即可适用于入门级用户,也可适用对电路板、音质有更高要求的用户;
3)省去开模环节,降低定制及个人加工成本;
4)设计过程对其他家用小产品同样适用。
参考文献:
[1](美)利普森,库曼.3D打印:从想象到现实[M].赛迪研究院专家组,译.北京:中信出版社,2013.
[2](英)马什.新工业革命[M].赛迪研究院专家组,译.北京:中信出版社,2013.
[3]高帆.3D打印技术概论[M].北京:机械工业出版社,2015.