基于3D打印技術的智能夜燈設計

張國慶 史定國 溫東杰 楊玉潔 馮榮蕊

摘?要：隨著我國經濟水平的不斷地提高，人們的生活水平也越來越高，傳統的照明產品已經不能滿足人們的需求，個性化定制化的照明產品已成為發展趨勢，但常常由于受制造條件的約束無法實現。3D打印技術的出現為這種個性化定制化的照明產品的制造可能，促進了照明產品的設計。為此，我們首先在造型上進行創意創新，緊接著運用3D建模軟件Proe進行對其進行外形的建模，最后采用3D打印技術直接成型。結果表明：Proe軟件能夠很好地將智能夜燈的造型進行建模，也能夠清楚的了解它的結構和它的運動情況;3D打印的智能燈零部件表面光亮、未發現明顯的翹曲變形、懸垂部件之間的搭接良好、表面有較少的絲線黏附，經簡單拋光等處理后可直接裝配使用，這為3D打印智能燈飾產品的直接應用奠定了基礎。

關鍵詞：3D打印;智能燈;個性化;定制化;參數化建模

1?緒論

我國臺燈的普及率較高，市場上的臺燈種類樣式繁多，按燈泡的類別分為：白熾燈、節能燈、LED燈。LED臺燈是以發光二極管為光源的臺燈，具有體積小、耗電低、使用壽命長、無毒環保、安全可靠等諸多優點，使得LED燈具從室外裝飾，景觀照明，逐漸發展到家用照明。但目前市面上的很多LED照明產品由于受到使用的材料、制造工業及成本等因素的制約，無法滿足當前人們的對燈飾產品的個性化、定制化、復雜化的需求[12]。3D打印技術由于采用逐層累加的方式制造零件，在個性化、定制化、復雜化具有無可比擬的優勢，為這種燈飾產品的制造提供了一種解決辦法。因此，基于3D打印技術開展燈飾產品的設計和制造方面的研究具有重要意義。

陳佳梅等[3]圍繞燈飾產品的主要內容，結合大量的燈飾案例分析，不斷創新獨特的思維方式，賦予燈飾產品更強大的生命力以及豐富燈飾外在形態的內涵，加強對燈飾產品的認識和提供更多的燈飾設計靈感，介紹了3D打印技術在燈飾產品設計中的應用。張軍等[4]先利用三維建模對小夜燈的外觀進行設計，然后再用FDM型3D打印機來打印燈箱，采用具有高透亮度、絕緣性能優良的、可回收的綠色環保的亞克力板制作色彩豐富的燈蓋，采用聲光硬件模塊化設計和微波雷達控制兩種方案設計電路，12V的LED燈條作為光源。安芬菊等[5]針對室內滅蚊燈功能單一、使用率低的問題，結合滅蚊燈與照明燈的功能，設計了一種多功能滅蚊燈。該多功能滅蚊燈集滅蚊燈與照明燈于一體，具有環保實用、節約資源、美觀大方、方便高效等優點。王雄杰等[6]在現有超高分子量聚乙烯燈浮標的基礎上，利用3D打印技術，制造出整體成型、造價低廉、質量輕便的ABS塑料燈浮標，達到降本增效、節能環保、維護簡單的目標。

基于3D打印技術進行燈飾產品的設計已取得一定進展，但具有更高性能的個性化定制化燈飾產品的設計仍需持續研究。

2?設計、材料與方法

2.1?設計理念

3D打印智能夜燈這個創意是根據不倒翁的結構上建立的，在不倒翁的基礎上增加一些更加實用的小功能，可以將它作為一個擺飾，也可以作為一個照明燈、時鐘、小音箱，這樣的裝飾品更加貼近生活，更加實用，還能達到讓使用者心情愉悅，節能環保。在晚上需要照明的時候，當你發出指令，這時它便可以化身一個小夜燈，避免開燈造成的麻煩，這是它的聲控功能，如果想讓它長時間照明可以打開照明按鈕。短暫照明可以使用聲控按鈕。根據客戶對家具燈飾的特殊需求和定制要求，有針對性地對家具燈飾產品進行一系列的創意設計，在使用時能夠享受到燈具個性化創意設計帶來的舒適性與優越感。相對傳統燈飾設計而言，其具有產品結構精確、完整性好、成本低的特點。

2.2?成型設備

由于只是對設計完畢的智能夜燈進行試驗制備，因此可選擇打印制造精度與光固化成型技術（SLA）相近的熔絲堆積成形技術（FDM）。FDM技術是利用熱塑性材料的熱熔性、黏結性，在計算機控制下層層堆積成形。利用FDM技術進行智能夜燈的試驗制備，可以發現所設計智能夜燈存在的問題，并及時處理，使得設計更加完美。

2.3?成型材料

PLA材料是聚乳酸（Polylactic?Acid）的簡稱，其是一種熱塑性材料，是FDM技術良好的成形材料。PLA材料是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物，主要以玉米、木薯等為原料，原料來源充分而且可以再生，因此造價相對低廉。聚PLA材料的生產過程無污染，而且產品可以生物降解，實現在自然界中的循環，是理想的綠色高分子材料，且PLA材料熱穩定性高，黏結性好，是智能夜燈試驗制備優良的3D打印材料。

3?結果與討論

3.1?智能夜燈的設計思路

目前市面上的燈具種類繁多且層出不窮，雖然形狀多有不同，但萬變不離其宗，且制作材料較為單一，塑料、金屬居多，而我們這款燈具是以不倒翁為基礎模型延伸創作、100μm透明光敏樹脂為原材料進行3D打印所得，在材料和外觀上具有一定的優勢。我們在設計作品時，為避免結構單一，另外添加了上半部分類似于雨傘原理的傳動結構，并以此實現了作品的自由張合功能，也巧合地達到了節約空間的目的。目前市面上的燈具也主要以護眼為主，外表為輔，而本款燈具上部雨傘的張合使燈光分散不刺眼且照明范圍較廣。作品頂端是一個皇冠形狀，搭配上部花紋狀結構，高端有內涵，下部則是不倒翁形狀，建立平衡感和協調感，怎么按都不會倒，為作品的穩定性提供了保障，同時，還可在其中儲放物品，節約空間。

3.2?智能夜燈的設計

在繪制設計好的首飾的三維圖之前，需要考慮好先從哪一步開始著筆，然后詳細地對首飾的各項參數進行計算，例如：最基礎的底座大小尺寸、傘柄的尺寸的等數據。設計的此智能夜燈共分為三個部分，其中一部分是下面的卡通不倒翁的底座造型，另外兩部分是由傘頁和傘架組成的模型。具體步驟如下：