3DMAX設(shè)計(jì)和3D打印技術(shù)在自洽花盆專利技術(shù)研究中的應(yīng)用

摘 要：利用3DMAX設(shè)計(jì)與3D打印技術(shù)對(duì)專利前期模型裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，是一種有益的嘗試，并在較短時(shí)間內(nèi)獲得了國家實(shí)用新型專利，通過實(shí)踐積累了3DMAX設(shè)計(jì)與3D打印方面的經(jīng)驗(yàn)，并提出了一些改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：3DMAX；3D打印；自洽給水；實(shí)用專利

引言

傳統(tǒng)盆景種植，水肥供給存在如下缺點(diǎn)，一是難以即時(shí)；二是難以匹配；三是難以持久。難以即時(shí)是指?jìng)鹘y(tǒng)盆景中植物缺水時(shí)，難以及時(shí)感知缺水信息而即時(shí)澆水，難以匹配是指?jìng)鹘y(tǒng)盆景中植物缺水時(shí)，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?jìng)鹘y(tǒng)盆景中植物缺水時(shí)，一次性補(bǔ)水不能太多，有水的狀態(tài)不會(huì)維持長久。這三個(gè)缺點(diǎn)是大部分家庭盆景養(yǎng)護(hù)不好的主要原因， 于是一款即時(shí)、匹配、自動(dòng)給水花盆成為一種市場(chǎng)需求。利用3DMAX設(shè)計(jì)和3D打印機(jī)實(shí)體打印技術(shù)解決自動(dòng)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(dòng)給水花盆

1.1 儲(chǔ)水器。花盆壁做成空心，用于儲(chǔ)水，外壁透明可觀察耗水情況。

1.2 進(jìn)水口。進(jìn)水口在花盆上沿，管狀口直達(dá)儲(chǔ)水器底部（只能進(jìn)水，不能排氣）。

1.3 出水口。出水口在花盆內(nèi)壁底部，由微滲孔構(gòu)成（出水慢，無法進(jìn)空氣）。

1.4 排氣口。排氣口開口在儲(chǔ)水器內(nèi)頂部，管狀口在花盆內(nèi)壁底部，加水時(shí)排氣，滲水時(shí)進(jìn)空氣，水氣等體積交換，實(shí)現(xiàn)給水自洽。

1.5 花盆底。設(shè)計(jì)有存水和通氣裝置。

這樣的設(shè)計(jì)植物吸收多少水，就會(huì)有相等的水進(jìn)入花盆土壤中，類似滴灌，但彌補(bǔ)了滴管無法根據(jù)植物需求供水的缺陷。同時(shí)加水方便，刪除了加水后密封的步驟。

自洽給水花盆3DMAX設(shè)計(jì)。其外觀如圖所示：

2 自洽給水花盆打印

3DMAX設(shè)計(jì)很容易，但是如果想要根據(jù)這個(gè)設(shè)計(jì)制作出實(shí)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(yīng)為陶土，但要用陶土燒制如此復(fù)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(jià)格不菲。3D打印是目前做試驗(yàn)性模具理想的手段，作者選擇了某型號(hào)3D打印機(jī)，使用熱塑型高分子ABS材料，強(qiáng)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(dǎo)出為STL格式。STL文件是在計(jì)算機(jī)圖形應(yīng)用系統(tǒng)中，用于表示三角形網(wǎng)格的一種文件格式。這也是3D打印機(jī)使用的ReplicatorG所能識(shí)別的格式。 ReplicatorG是3D打印機(jī)的操作軟件，主要功能是把模型轉(zhuǎn)換為打印機(jī)能識(shí)別的格式，通過Python語言可以將STL圖形文件編匯為數(shù)控程序指令。

接下來就需要ReplicatorG將圖形文件轉(zhuǎn)化為G代碼。G代碼是數(shù)控程序中的指令，又稱為G指令。設(shè)置好所有參數(shù)后點(diǎn)擊轉(zhuǎn)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(gè)增加堆積的過程，與數(shù)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(dòng)打印機(jī)。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(yàn)

在花盆模型打印出來后，作者進(jìn)行了加水加土種植試驗(yàn)，其步驟是：（1）先向花盆加入營養(yǎng)土；（2）種上西紅柿苗（金剛有限生長型品種）；（3）向花盆儲(chǔ)水器中加水。在西紅柿長到9葉時(shí)開第一穗花，三個(gè)月共開5穗花，結(jié)果5臺(tái)，共重3.5千克。西紅柿生長消耗水共計(jì)35.7千克，用去復(fù)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(chǎng)開發(fā)潛力。

4 申請(qǐng)專利

在花盆設(shè)計(jì)、打印并通過半年種植試驗(yàn)后，作者于2010年5月29日向國家專利局申請(qǐng)了實(shí)用新型專利，于2011年2月18日由國家專利局正式頒發(fā)專利證書，專利證號(hào)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(shè)計(jì)，這個(gè)對(duì)絕大多數(shù)人來說是非常難的。因?yàn)榇蠖鄶?shù)3D建模軟件學(xué)習(xí)起來并不容易。1.可以簡化建模方式，將軟件開發(fā)成搭積木的形式。2.可以建立模型庫，內(nèi)置多款模型產(chǎn)品，供大家選用。3.讓3D掃描儀更加便捷。現(xiàn)有的3D掃描儀價(jià)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(jī)里就完美了。

其次3DMAX模型轉(zhuǎn)入3D打印機(jī)還有些繁瑣，可以開發(fā)一個(gè)更加易于大眾掌握應(yīng)用的3D模型設(shè)計(jì)軟件直接對(duì)接3D打印機(jī)，模塊化設(shè)計(jì)，用戶只需調(diào)整參數(shù)即可得到自己滿意的產(chǎn)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(jī)而言，能選擇的材料只有ABS和PLA。其實(shí)認(rèn)為但凡是可以根據(jù)溫度的不同而改變形態(tài)的材料都可以開發(fā)出來，比如陶泥、金屬等。

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