基于3D打印技术的万能商品价格牌结构设计与制造*

文/李凌华 陈婵娟 周柏玉 黄仁超（郴州职业技术学院）

一、绪论

价格牌是商场、超市等商业场所展示商品价格的重要工具。常见的价格牌有手写标签型、组合式数字标签型、展示牌型等。随着生活条件的不断改善，人文情感的不断丰富，人们购物时的选择已不仅仅局限于商品本身，商场的布置、购物的体验等方面也影响着消费者的购买欲望。价格牌作为消费者购买商品时必然会接触到的物品，它不仅要能展示价格，还应与商品一样满足个性化的需求，匹配不同店铺的风格。但目前市面上的价格牌，由于材质、制造方式等方面的限制，难以满足人们对价格牌定制化、个性化的需求。3D打印技术是增材制造中的一种，它以数字模型为基础，通过逐层叠加的方式制造产品，与传统制造方式相比，更好地实现了个性化、定制化。因此，将3D打印技术运用到价格牌的设计制造中，具有重要的现实意义。

二、价格牌设计

（一）设计理念

价格牌的价格显示离不开数字，但制造单个的数字，再用单个的数字进行价格组合的话，所需要的数字量会非常大，故在数字设计上应考虑简单可变的特点。

经过研究讨论，设计团队决定仿照显示屏“8”字形的数字显示模式，通过改变显示的条杠来显示不同的数字。商品的价格有高有低，价格的位数也会有长有短，为适应价格位数的变化，各个数字之间应该是可拆拼的关系。同时，为满足个性化的需求，在价格牌的两端可做个性化的造型设计，造型设计的结构还应具备收纳功能，便于收纳多余的数字块。

（二）数字模型设计

明确了设计思路后，便可以开始进行商品价格牌的数字模型设计。数字模型是3D打印制造的基础，做好前端的数字模型设计，才能保障后续打印制造的顺利进行。

1.挂牌的设计

根据价格牌的特点需求设计两种挂牌。一种是八字挂牌，如图1所示，主要由八字挂牌壳和数字条杆组成，通过调整数字条杆在八字挂牌壳内的填充情况来显示不同的数字值。另一种是二维码挂牌，如图2所示，主要由二维码挂牌壳和二维码以及小数点块组成。

图1 八字挂牌

图2 二维码挂牌

2.支撑结构设计

支撑结构采用3D小人的造型。如图3所示，主要由3D小人和挂杆组成。两个挂杆之间可相互拼接成更长的挂杆，挂杆不使用时可收纳在3D小人手臂端的通孔处。3D小人背部设计有略大于挂牌的矩形孔，挂牌不使用时可收纳在此孔中；脚步位置预留有空位，可放置承重块，增加3D小人的稳定性（图4）。

图3 3D小人造型图

图4 3D小人结构图

3.装配设计

装配状态一：如图5所示，价格牌不使用时，可将八字挂牌收纳至3D小人内。

图5 收纳状态

装配状态二：如图6所示，价格较低，数字位数较少时，仅使用一个3D小人作为支撑。

图6 一个 3D 小人状态

装配状态三：如图7所示，数额较大，数字位数较多时，将两个3D小人进行组合使用。

图7 两个3D小人状态

三、价格牌打印制造

万能商品价格牌曲面较少，外观较易成型，产品重量较轻，对强度要求不高，故使用一般的熔融沉积（FDM）设备生产即可。结合产品结构特点与打印成本等因素，价格牌样品采用的太尔时代UP BOX型3D打印机进行打印制造，该打印设备具有打印平台自动校准和打印平台加热等功能，精度在0.1～0.4mm，能保证产品的打印质量，设备如图8所示。

图8 UP BOX 3D 打印机

利用建模软件将三维模型导出为STL格式，为确保模型圆角等细节处的特征不失真，导出时需将公差调到最小，如图9所示。

图9 导出STL文件

之后使用UPstudio软件对模型进行分层处理，合理设置各个模型的摆放方式，层厚设置为0.2mm，确保各层粘连强度，如图10所示。

图10 打印参数设置

最后将所有模型进行打印制造，打印过程如图11所示。同时，对成型的零部件进行适当的后处理加工，将各零部件组装，可生产出完整的产品，如图12所示。

图11 打印成型过程

图12 价格牌成品

四、结语

（1）采用参数化的建模软件进行价格牌数字模型设计，建模快速、修改简便，边建模边优化，提高了设计效率。同时，利用建模软件进行模拟装配，验证各零部件的装配效果，排查干涉问题，为打印制造提供了重要的理论支撑。

（2）该商品价格牌在设计时兼顾考虑了3D打印逐累积制造的特点，在调整打印摆放位置后，价格牌悬空结构较少，随之需要添加支撑的区域也较少，降低了打印难度。商品价格牌3D打印完成后，模型表面光洁亮新，未发现成型缺陷，价格数字显示清晰，经简单加工处理后可直接使用。