3DMAX設計和3D打印技術在自洽花盆專利技術研究中的應用

摘 要：利用3DMAX設計與3D打印技術對專利前期模型裝置進行設計和制造，是一種有益的嘗試，并在較短時間內獲得了國家實用新型專利，通過實踐積累了3DMAX設計與3D打印方面的經驗，并提出了一些改進建議。

關鍵詞：3DMAX；3D打印；自洽給水；實用專利

引言

傳統盆景種植，水肥供給存在如下缺點，一是難以即時；二是難以匹配；三是難以持久。難以即時是指傳統盆景中植物缺水時，難以及時感知缺水信息而即時澆水，難以匹配是指傳統盆景中植物缺水時，難以感知缺多少水信息而與其匹配地澆多少水，難以持久是指傳統盆景中植物缺水時，一次性補水不能太多，有水的狀態不會維持長久。這三個缺點是大部分家庭盆景養護不好的主要原因， 于是一款即時、匹配、自動給水花盆成為一種市場需求。利用3DMAX設計和3D打印機實體打印技術解決自動給水花盆模型是一種快捷、新奇、合理的手段，作者為此做了大膽的嘗試，并取得良好效果。

1 自動給水花盆

1.1 儲水器。花盆壁做成空心，用于儲水，外壁透明可觀察耗水情況。

1.2 進水口。進水口在花盆上沿，管狀口直達儲水器底部（只能進水，不能排氣）。

1.3 出水口。出水口在花盆內壁底部，由微滲孔構成（出水慢，無法進空氣）。

1.4 排氣口。排氣口開口在儲水器內頂部，管狀口在花盆內壁底部，加水時排氣，滲水時進空氣，水氣等體積交換，實現給水自洽。

1.5 花盆底。設計有存水和通氣裝置。

這樣的設計植物吸收多少水，就會有相等的水進入花盆土壤中，類似滴灌，但彌補了滴管無法根據植物需求供水的缺陷。同時加水方便，刪除了加水后密封的步驟。

自洽給水花盆3DMAX設計。其外觀如圖所示：

2 自洽給水花盆打印

3DMAX設計很容易，但是如果想要根據這個設計制作出實物來，卻不是件簡單的事。首先得考慮材料的選擇。花盆最佳材料應為陶土，但要用陶土燒制如此復雜的花盆顯然非常困難，還可以考慮的材料就是塑料，但注塑制品開模價格不菲。3D打印是目前做試驗性模具理想的手段，作者選擇了某型號3D打印機，使用熱塑型高分子ABS材料，強度高，韌性好，耐高溫，耐腐蝕，非常適合制作自洽給水花盆。

將3DMAX的模型導出為STL格式。STL文件是在計算機圖形應用系統中，用于表示三角形網格的一種文件格式。這也是3D打印機使用的ReplicatorG所能識別的格式。 ReplicatorG是3D打印機的操作軟件，主要功能是把模型轉換為打印機能識別的格式，通過Python語言可以將STL圖形文件編匯為數控程序指令。

接下來就需要ReplicatorG將圖形文件轉化為G代碼。G代碼是數控程序中的指令，又稱為G指令。設置好所有參數后點擊轉換命令，G代碼生成，由于代碼太長，這里為大家截取一段：3D打印是一個增加堆積的過程，與數控車雕刻減少剛好相反，所以很多指令是反過來的。

以下為部分打印代碼：

（）

（**** beginning of start.gcode ****）

（This file is for 1.75mm ABS in a MK7 Extruder）

G21 （set units to mm）

G90 （set positioning to absolute）

M104 S225 （set extruder temperature）

M109 S110 （set heated-build-platform temperature）

M108 R5.0 （set extruder speed）

M103 （Make sure extruder is off）

（**** begin homing ****）

G162 Z F500 （home Z axis maximum）

G92 Z10 （set Z to 10）

G1 Z0.0 （move Z down 0）

G162 Z F100 （home Z axis maximum）

G161 X Y F2500 （home XY axes minimum）

M132 X Y Z A B （Recall stored home offsets for XYZAB axis）

（**** end homing ****）

G代碼檢查無誤后啟動打印機。條狀耗材通過打印頭加熱融化，跟著程序走位慢慢生成花盆的雛形。熱熔堆積打印自洽式花盆約30分鐘完成。打印出的花盆為白色，表面較光滑，高15厘米，直徑20厘米。

3 種植試驗

在花盆模型打印出來后，作者進行了加水加土種植試驗，其步驟是：（1）先向花盆加入營養土；（2）種上西紅柿苗（金剛有限生長型品種）；（3）向花盆儲水器中加水。在西紅柿長到9葉時開第一穗花，三個月共開5穗花，結果5臺，共重3.5千克。西紅柿生長消耗水共計35.7千克，用去復合肥50克。自洽給水花盆種植西紅柿，既美觀又可食用，十分具有市場開發潛力。

4 申請專利

在花盆設計、打印并通過半年種植試驗后，作者于2010年5月29日向國家專利局申請了實用新型專利，于2011年2月18日由國家專利局正式頒發專利證書，專利證號是：ZL2011.20181556.7。專利名稱是（一種花盆）。

5 問題與建議

首先模型的設計，這個對絕大多數人來說是非常難的。因為大多數3D建模軟件學習起來并不容易。1.可以簡化建模方式，將軟件開發成搭積木的形式。2.可以建立模型庫，內置多款模型產品，供大家選用。3.讓3D掃描儀更加便捷。現有的3D掃描儀價格昂貴，體積不小，還無法普及，希望能越來越小，最好集成到手機里就完美了。

其次3DMAX模型轉入3D打印機還有些繁瑣，可以開發一個更加易于大眾掌握應用的3D模型設計軟件直接對接3D打印機，模塊化設計，用戶只需調整參數即可得到自己滿意的產品。

最后材料的單一性也是制約3D打印的一大因素，就作者所使用的這款3D打印機而言，能選擇的材料只有ABS和PLA。其實認為但凡是可以根據溫度的不同而改變形態的材料都可以開發出來，比如陶泥、金屬等。

參考文獻

[1]姚曉明，等.番茄3414試驗研究[J].北京農業，2009（6）：36-39.

[2]姜雪峰.中產田番茄“3414”施肥試驗總結現代農業2011（6）22-24.

[3]3DSMAX高級建模技法TP391.41/806ISBN：7900195262ISRC.

[4]陳佳麟，等技術創新之專利回避設計，1998全國智慧財產權研討會論文集，劉尚志.國立交通大學企業法律中心.

[5]王雪瑩.3D打印技術與產業的發展及前景分析[J].中國高新技術企業，2012.