鏤空旋轉(zhuǎn)無線燈罩的設(shè)計與3D打印

許庭瑞， 王霆

（常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院模具技術(shù)學(xué)院，江蘇常州213164）

0 引言

對于不同人群來說，燈具所具備的性能有很大差別。例如在燈罩外殼的外觀設(shè)計上，它增加了燈具的觀賞性。同時還可以有一些附加功能，比如可增加旋轉(zhuǎn)的功能，這也增加了燈具的實用性；另外為了提高燈具的輕便性還可以增加無線可充電式的理念。由此，便設(shè)計出了本款產(chǎn)品：鏤空旋轉(zhuǎn)無線燈罩。

國內(nèi)現(xiàn)在有很多參考年輕人個性化的設(shè)計理念，將形狀奇特的燈罩使用在人們?nèi)粘Ｉ畹母鞣N場合，但是很多只是單一的功能，其并不具備燈罩的多種更換功能，而且還不能滿足許多特別的功能。針對這一情況，采用多種鏤空燈罩的方法，根據(jù)不同人的趣味，通過連接裝置來實現(xiàn)。例如有人對葫蘆情有獨鐘，那么就可以換成葫蘆形狀的鏤空燈罩（如圖1），又如有人對紅玫瑰情有獨鐘，那么就可以換成玫瑰形狀的鏤空燈罩（如圖2）等等，不同愛好的人可以換成自己喜歡的鏤空外殼外形，具有一定的觀賞性。

不僅如此，如今人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫臒艟呋径际枪潭ㄊ降模槍@一情況，該燈罩使用了可旋轉(zhuǎn)裝置固定在了電線管道上，通過隨意地手動旋轉(zhuǎn)就能達到燈具旋轉(zhuǎn)的功能。在燈具照亮空間的時候，鏤空的燈罩結(jié)構(gòu)與可旋轉(zhuǎn)的功能相互配合，一種幫助人們減輕日常勞作壓力的情景油然而生，這大大提高了燈具的實用性[2]。

圖1 葫蘆燈罩

圖2 玫瑰燈罩

如今的燈具大多都是使用電線來獲取電能的，這就對燈具的放置點有了限制，針對這一情況，該燈罩采用了可充電裝置來解決燈具的電能以及放置點局限的問題，可充電裝置的外部顯露部件主要有插頭、抽拉件、電源開關(guān)、電源指示燈等，通過抽拉件來使插頭外露從而實現(xiàn)充電，在充電過程中，電源指示燈會亮起，電源開關(guān)打開就可以打開電燈。電充滿后，沒有了電線的限制也就擺脫了放置點受到限制的問題，大大提高了燈具的輕便性。

1 設(shè)計思路

1）燈罩。此燈具具有很好的藝術(shù)外觀，所以該燈罩采用了鏤空燈罩的設(shè)計，燈罩的整體外形采用仿生[3]想法，仿造葫蘆的外形、仿造玫瑰的外形……，燈罩的外輪廓采用弧線形，同時燈罩配合可旋轉(zhuǎn)功能，外形采用上空下實的設(shè)計，在燈罩下部設(shè)計“中”字形通孔方便燈罩的可更換功能。

2）連接件。連接件主要由上蓋器、軸承、下連接器組成，配合軸承以及燈罩底部“中”字形的外形，通過下連接器來使軸承與燈罩連接在一起，上蓋器從燈罩頂部安裝達到固定軸承位置的作用。

3）電線管道。為實現(xiàn)輕便簡潔的效果，管道采用圓柱中空形。

4）底部支座。底部支座主要由底部支架、可充電裝置、下蓋板組成。底部支架的外形采用通用的矩形，方便外形為矩形的可充電裝置的安放。由于可充電裝置的抽拉件需要額外顯露出來，所以在設(shè)計下蓋板的時候要留出抽拉插頭的足夠空間。5）電線。電線從充電裝置的電源開始，穿過電線管道、連接件顯露在燈罩的底部。電線分為正負(fù)兩根接在電燈泡上。

2 設(shè)計過程

在造型方面，該燈罩首選CAD2007、NX8.0進行造型設(shè)計。燈罩采用仿生原理，對實際事物進行燈罩化造型。在連接件的設(shè)計上采用連接件上蓋和連接件下蓋對軸承進行“包裹”，并按緊達到使其外形和中孔將燈罩和電線管道連接的效果。由于電線需要從底座一直延伸到連接件上蓋處并與底座形成卡住效果，所以采用“T”形的中空形式。底座支架是充電裝置的擺放處，也是充電插頭、電源開關(guān)和電源指示燈等構(gòu)件的放置處，為達到良好的布局效果，采用“H”形的基本形式，在側(cè)壁對充電插頭、電源開關(guān)以及電源指示燈進行定位安放。

3 制作過程

由于鏤空燈罩在模具上不易成型，所以該燈罩采取增材制造——3D打印技術(shù)來實現(xiàn)。打印機型號為kossel detal三角洲，機器采用并聯(lián)臂結(jié)構(gòu)，三角函數(shù)運算方式。材料初步使用PLA材料，打印初始層厚0.3 mm，初始層線寬100%，兩次擠出重疊0.15 mm，移動速度100 mm/s,底層速度20 mm/s，填充速度20 mm/s，頂?shù)姿俣?0 mm/s，外殼速度20 mm/s，內(nèi)壁速度20 mm/s，每層最小打印時間5 s，打印層厚0.2 mm，打印壁厚1.2 mm，底層/頂層填充厚度1.2 mm，填充密度20%，打印速度50 mm/s，打印溫度210℃，打印材料直徑1.75 mm，打印材料流量97%，支撐類型為接觸點放支撐[4]。

針對第一次成型的樣品（如圖3、圖4），發(fā)現(xiàn)燈罩存在以下問題：形狀位置有誤差、組件底部有翹邊、燈罩表面不光滑、燈罩表面沒有上色、充電裝置沒有連接完全、底座支架高度不夠等。對此采取了相應(yīng)的改進措施：形狀位置有誤差是由于燈罩尺寸設(shè)計上沒有進行精確定位，通過使用游標(biāo)卡尺對每一個特征進行精確測量，進而確定特征的具體位置；組件底部有翹邊主要是由于空氣中的溫度與材料具體成型所需要的溫度有誤差，針對這一情況，在制造過程中采用減少底座與溫床的接觸面積進行調(diào)整；針對燈罩表面不光滑這一情況，采用工業(yè)級的3D打印機進行成型，材料為光敏樹脂；在燈罩表面光滑的情況下噴彩漆。此外，對充電裝置沒有連接完全、底座支架高度不夠的情況，也進行了相應(yīng)的改進。

圖3 燈具成品

圖4 燈具特征錯位缺陷

圖5 成品完善圖

4 成品完善

通過樣品分析的總結(jié)和采用改進措施，重新進行了燈罩成型，這一次成型解決了以前的遺留問題，達到了理想的效果。完善后的燈具成品如圖5所示。

5 總結(jié)與討論

通過這次制作，該燈罩最終很好地設(shè)計并制造出來。起初，只是單純地制造出來燈罩的零件，但是這并不代表整個產(chǎn)品就達到了理想的效果，在組件制造的過程中，發(fā)現(xiàn)組件成品并不符合三維造型的形狀標(biāo)準(zhǔn)，組件的底部接觸面出現(xiàn)了翹邊的情況，于是采用了減少底座與溫床的接觸面積來解決（如圖6）。另外在軸承的安裝方面，燈罩存在沒有精確定位和很好地固定的問題（如圖7），于是采用額外的連接件（如圖8）來更好地達到可旋轉(zhuǎn)的效果（如圖9）。軸承與連接件的配合公差為0.2。不僅如此，該燈罩在電線的安放上也遇到了問題，無法在底部支架上整理好電線，于是使用了“H”形的下蓋板，在中間掏空來更好地整理電線。在上蓋器的安裝方面，采用了避空的方法來方便組件安裝，并提高了鎖緊的穩(wěn)固性。燈具的可更換功能依托連接件來達到效果。在穩(wěn)固性稍弱的區(qū)域，使用熱熔膠槍對部位進行加強穩(wěn)固。經(jīng)過多次的修正，最終的燈罩產(chǎn)品符合了理想效果。

圖6 底座增加支撐特征

圖7 軸承安裝缺陷

圖8 額外的連接件

圖9 連接件安裝圖

6 結(jié)語

該燈罩結(jié)構(gòu)簡單，功能多樣化并且具有藝術(shù)美感，滿足人們的個性化需求?？沙潆娛降脑O(shè)計減輕了人們對電線的煩惱，無需受到電線的限制，提高了燈具的使用性能。