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基于3D打印技术的智能夜灯设计

2021-10-12张国庆史定国温东杰杨玉洁冯荣蕊

科技风 2021年27期
关键词:灯饰绘制模型

张国庆 史定国 温东杰 杨玉洁 冯荣蕊

摘 要:随着我国经济水平的不断地提高,人们的生活水平也越来越高,传统的照明产品已经不能满足人们的需求,个性化定制化的照明产品已成为发展趋势,但常常由于受制造条件的约束无法实现。3D打印技术的出现为这种个性化定制化的照明产品的制造可能,促进了照明产品的设计。为此,我們首先在造型上进行创意创新,紧接着运用3D建模软件Proe进行对其进行外形的建模,最后采用3D打印技术直接成型。结果表明:Proe软件能够很好地将智能夜灯的造型进行建模,也能够清楚的了解它的结构和它的运动情况;3D打印的智能灯零部件表面光亮、未发现明显的翘曲变形、悬垂部件之间的搭接良好、表面有较少的丝线黏附,经简单抛光等处理后可直接装配使用,这为3D打印智能灯饰产品的直接应用奠定了基础。

关键词:3D打印;智能灯;个性化;定制化;参数化建模

1 绪论

我国台灯的普及率较高,市场上的台灯种类样式繁多,按灯泡的类别分为:白炽灯、节能灯、LED灯。LED台灯是以发光二极管为光源的台灯,具有体积小、耗电低、使用寿命长、无毒环保、安全可靠等诸多优点,使得LED灯具从室外装饰,景观照明,逐渐发展到家用照明。但目前市面上的很多LED照明产品由于受到使用的材料、制造工业及成本等因素的制约,无法满足当前人们的对灯饰产品的个性化、定制化、复杂化的需求[12]。3D打印技术由于采用逐层累加的方式制造零件,在个性化、定制化、复杂化具有无可比拟的优势,为这种灯饰产品的制造提供了一种解决办法。因此,基于3D打印技术开展灯饰产品的设计和制造方面的研究具有重要意义。

陈佳梅等[3]围绕灯饰产品的主要内容,结合大量的灯饰案例分析,不断创新独特的思维方式,赋予灯饰产品更强大的生命力以及丰富灯饰外在形态的内涵,加强对灯饰产品的认识和提供更多的灯饰设计灵感,介绍了3D打印技术在灯饰产品设计中的应用。张军等[4]先利用三维建模对小夜灯的外观进行设计,然后再用FDM型3D打印机来打印灯箱,采用具有高透亮度、绝缘性能优良的、可回收的绿色环保的亚克力板制作色彩丰富的灯盖,采用声光硬件模块化设计和微波雷达控制两种方案设计电路,12V的LED灯条作为光源。安芬菊等[5]针对室内灭蚊灯功能单一、使用率低的问题,结合灭蚊灯与照明灯的功能,设计了一种多功能灭蚊灯。该多功能灭蚊灯集灭蚊灯与照明灯于一体,具有环保实用、节约资源、美观大方、方便高效等优点。王雄杰等[6]在现有超高分子量聚乙烯灯浮标的基础上,利用3D打印技术,制造出整体成型、造价低廉、质量轻便的ABS塑料灯浮标,达到降本增效、节能环保、维护简单的目标。

基于3D打印技术进行灯饰产品的设计已取得一定进展,但具有更高性能的个性化定制化灯饰产品的设计仍需持续研究。

2 设计、材料与方法

2.1 设计理念

3D打印智能夜灯这个创意是根据不倒翁的结构上建立的,在不倒翁的基础上增加一些更加实用的小功能,可以将它作为一个摆饰,也可以作为一个照明灯、时钟、小音箱,这样的装饰品更加贴近生活,更加实用,还能达到让使用者心情愉悦,节能环保。在晚上需要照明的时候,当你发出指令,这时它便可以化身一个小夜灯,避免开灯造成的麻烦,这是它的声控功能,如果想让它长时间照明可以打开照明按钮。短暂照明可以使用声控按钮。根据客户对家具灯饰的特殊需求和定制要求,有针对性地对家具灯饰产品进行一系列的创意设计,在使用时能够享受到灯具个性化创意设计带来的舒适性与优越感。相对传统灯饰设计而言,其具有产品结构精确、完整性好、成本低的特点。

2.2 成型设备

由于只是对设计完毕的智能夜灯进行试验制备,因此可选择打印制造精度与光固化成型技术(SLA)相近的熔丝堆积成形技术(FDM)。FDM技术是利用热塑性材料的热熔性、黏结性,在计算机控制下层层堆积成形。利用FDM技术进行智能夜灯的试验制备,可以发现所设计智能夜灯存在的问题,并及时处理,使得设计更加完美。

2.3 成型材料

PLA材料是聚乳酸(Polylactic Acid)的简称,其是一种热塑性材料,是FDM技术良好的成形材料。PLA材料是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物,主要以玉米、木薯等为原料,原料来源充分而且可以再生,因此造价相对低廉。聚PLA材料的生产过程无污染,而且产品可以生物降解,实现在自然界中的循环,是理想的绿色高分子材料,且PLA材料热稳定性高,黏结性好,是智能夜灯试验制备优良的3D打印材料。

3 结果与讨论

3.1 智能夜灯的设计思路

目前市面上的灯具种类繁多且层出不穷,虽然形状多有不同,但万变不离其宗,且制作材料较为单一,塑料、金属居多,而我们这款灯具是以不倒翁为基础模型延伸创作、100μm透明光敏树脂为原材料进行3D打印所得,在材料和外观上具有一定的优势。我们在设计作品时,为避免结构单一,另外添加了上半部分类似于雨伞原理的传动结构,并以此实现了作品的自由张合功能,也巧合地达到了节约空间的目的。目前市面上的灯具也主要以护眼为主,外表为辅,而本款灯具上部雨伞的张合使灯光分散不刺眼且照明范围较广。作品顶端是一个皇冠形状,搭配上部花纹状结构,高端有内涵,下部则是不倒翁形状,建立平衡感和协调感,怎么按都不会倒,为作品的稳定性提供了保障,同时,还可在其中储放物品,节约空间。

3.2 智能夜灯的设计

在绘制设计好的首饰的三维图之前,需要考虑好先从哪一步开始着笔,然后详细地对首饰的各项参数进行计算,例如:最基础的底座大小尺寸、伞柄的尺寸的等数据。设计的此智能夜灯共分为三个部分,其中一部分是下面的卡通不倒翁的底座造型,另外两部分是由伞页和伞架组成的模型。具体步骤如下:

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