一種基于增材制造技術(shù)的多功能藍(lán)牙音箱設(shè)計

徐浡倫

(北京市第一六六中學(xué)，北京 100006)

3D打印部件和產(chǎn)品正在從工業(yè)生產(chǎn)逐漸走進(jìn)我們生活。在過去的幾年里，由于受到計算能力、新型設(shè)計軟件、新材料的快速發(fā)展，3D打印技術(shù)迅速發(fā)展[1]。同時3D打印技術(shù)有著良好的發(fā)展前景，很多科學(xué)家預(yù)計到2040年左右利用3D打印技術(shù)為很多產(chǎn)品(從噴氣式發(fā)動機(jī)到汽車)生產(chǎn)零件將成為主流，定制特定的相關(guān)產(chǎn)品以滿足科學(xué)研究和企業(yè)生產(chǎn)[2]。藍(lán)牙音箱是當(dāng)前人們在生活、工作、娛樂中所必不可少的設(shè)備，自始至終一直占據(jù)著重要地位。基于目前市面上的藍(lán)牙音箱造型單一，不方便攜帶，價格昂貴，難以滿足人們對于日常生活的要求。本文介紹的是自己設(shè)計制作的一款創(chuàng)意新穎的藍(lán)牙音箱，外殼部分采用先進(jìn)的3D打印設(shè)備加工，最大程度地減輕整體重量，方便使用者攜帶；支柱搭配實木材料，與白色的ABS外殼相呼應(yīng)，現(xiàn)代科技中透露著古典氣息；整體造型猶如懸浮在空中的飛碟，充滿神秘。

1　藍(lán)牙音箱硬件設(shè)計

藍(lán)牙音箱硬件種類繁多，主要有3W、5W、8W等，主流組合方案有CSR8670+BC5MM、CSRA64110、CSRA64210、CSRA64215等，設(shè)計的音響強(qiáng)調(diào)便攜性，設(shè)計方案如圖1所示，用DC-DC電源升壓芯片并集合成電路版，如無更高要求，類似的小型藍(lán)牙音箱PCBA板也可在市面上直接購買，并為其配備小型擴(kuò)音器以及電池。最終組合成硬件系統(tǒng)，如圖2所示。

2　基于增材制造技術(shù)的造型設(shè)計

2.1　底座設(shè)計

借助于3D ONE PLUS軟件進(jìn)行產(chǎn)品外形結(jié)構(gòu)設(shè)計，底座為一個類似于碗的形狀，中間向下凹，方便使用者放一些小物品，方便在工作時使用，如圖3所示。在3D打印過程中，底座打印時選擇較密的填充程度，如圖4所示，可增加底部重量，降低重心，防止設(shè)計出現(xiàn)傾倒的狀況。

底座頂部設(shè)計時在其板面上增加加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，以提高其穩(wěn)定性(圖5)；并在平板下方設(shè)計磁鐵嵌入槽，使整體結(jié)構(gòu)即美觀又實用(圖6)。

2.2　音箱外殼設(shè)計

藍(lán)牙音箱大部分為單腔導(dǎo)向式結(jié)構(gòu)，其低頻揚(yáng)聲器單元的品質(zhì)因數(shù)Q、諧振頻率f及等效容積Vas是決定音箱低頻響應(yīng)的重要參數(shù)。箱體容積計算公式：

Vb=Vas/a

(1)

式中，a為箱體順性比，可查表求得。

導(dǎo)相管長度適用計算公式：

(2)

式中，c為聲速，約為340 m/s；S為0.1～0.4倍喇叭有效震動面積；f為喇叭諧振頻率；V為箱體有效容積。

通過式(1)、式(2)確定外殼尺寸及固定位置。外觀造型采用飛碟型設(shè)計，音箱下半部分，中孔放置選配揚(yáng)聲器，旁邊設(shè)計了8個直徑為1 cm的圓，使電路板自帶的鐳射燈光發(fā)射出來，如圖7所示，滿足造型美觀及音腔設(shè)計要求。如無更高音質(zhì)要求，可隨心設(shè)計外觀。

3D打印時，選擇較為稀松的填充程度，減小整體重量，不至于對磁鐵產(chǎn)生過多負(fù)擔(dān)。同時將其表面層數(shù)從3 Layers(默認(rèn)值)增加至5 Layers，使其外殼更加堅固，防止單獨使用時的磕碰致其損壞，如圖8所示。

2.3　打印零件的后處理

從打印平臺上取下的模型由兩部分組成，一部分是模型本身，而另一部分則是由計算機(jī)自動生成數(shù)據(jù)并打印的支撐材料。支撐材料與模型主材料的物理性能是一樣的[3]， 在初步的打磨之后，層與層之間的紋路相對變得模糊，但整體仍然呈現(xiàn)為淡黃色。使用白色藍(lán)孔雀自動噴漆，將外殼整體噴涂一遍。噴涂完畢后，噴涂表面有均勻的亞光效果。

4　結(jié)論

1)基于增材制造技術(shù)設(shè)計的多功能藍(lán)牙音箱可滿足不同用戶的個性化需求；

2)這種藍(lán)牙音箱制造方式即可適用于入門級用戶，也可適用對電路板、音質(zhì)有更高要求的用戶；

3)省去開模環(huán)節(jié)，降低定制及個人加工成本；

4)設(shè)計過程對其他家用小產(chǎn)品同樣適用。

參考文獻(xiàn)：

[1](美)利普森，庫曼.3D打印：從想象到現(xiàn)實[M].賽迪研究院專家組，譯.北京：中信出版社，2013.

[2](英)馬什.新工業(yè)革命[M].賽迪研究院專家組，譯.北京：中信出版社，2013.

[3]高帆.3D打印技術(shù)概論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.