基于激光雕刻技術的木質拼裝時鐘設計

劉雨

關鍵詞：激光雕刻技術;木質拼裝;時鐘設計

1 激光雕刻技術

激光雕刻機由激光器、數控快速成型系統、圖象處理系統及直接 CAD 控制系統組成[1]。

激光雕刻技術是利用高功率密度的聚焦激光光束作用在材料表面或內部，使材料氣化或發生其它物理變化，通過控制激光能量、光斑大小、運動軌跡和速度等參量使材料呈現出要求的圖形圖案[2]。在激光技術中，激光雕刻技術是其中的一種，激光雕刻技術具有雕刻質量好、效率高、工序簡單等諸多優點，越來越受到大家的關注，其雕刻出來的產品也應用到了許多領域[3]。近年來，隨著激光加工技術的發展，激光雕刻技術以其低價、高效、省時的優點開始走進人們的視野[4]。目前激光應用主要有材料加工、通信、數據儲存等9 個主要類別， 一些發達國家已經將激光加工取代傳統加工，進入“光加工”時代[5]。激光雕刻技術常用于工業設計及產品設計的模型制作環節，在產品設計過程中發揮著重要的作用，也為很多家用小產品的企業提供了一個高效、低成本的加工方式。

2 木質拼裝時鐘概述

2.1 木質拼裝時鐘產品簡介

木質拼裝時鐘是一種針對青少年兒童設計的益智玩具類時鐘產品，通過動手拼裝組合制作出各種造型的時鐘產品，目的是鍛煉用戶的空間思維能力，同時也可以了解石英時鐘的結構，強化動手能力。按照使用場景的擺放方式分類，木質拼裝時鐘產品分為壁掛式、桌面式兩種（見表1）。桌面式因體積小、易擺放等優點受到大眾的普遍歡迎，市場占有率高。

2.2 木質拼裝時鐘產品的優勢

1） 生產成本低。產品所使用的材料成本低，結構易加工，產品的原材料一般為3mm—5mm 薄木板、竹木板、合成板等材料。

2） 造型可塑性強。產品的可塑性強，造型豐富多變，拼裝產品的優勢在于其模塊化的結構，不同模塊的拼裝可以形成不同造型的產品，給消費者提供多樣化的選擇，同時能豐富企業產品的種類，也為設計師提供更多的思路（見圖1、圖2）。

3） 兼具實用與審美功能。產品的實用功能與審美功能兼具，木制拼裝時鐘產品的主要結構為3mm—5mm 的薄木板和石英時鐘機芯（見圖3、圖4），木板經過不同形態的雕刻后進行拼裝，加入時鐘機芯的功能，具有時鐘產品的功能性及美觀性。

4） 情感互動性強。產品的互動性強，傳統時鐘與用戶的互動僅限于調整時間、安裝電池等必要操作，缺乏實質性的、有情感的交流和交互活動。木制拼裝時鐘產品給兒童和家長提供了親子互動的平臺，在拼裝過程中增加了用戶和產品的互動性，使其成為用戶和產品間的情感紐帶。

3 基于激光雕刻技術的木質拼裝時鐘產品設計意義

隨著激光雕刻技術的成熟，激光雕刻機為中小型制造業提供了更快速便捷的加工方式，木質拼裝時鐘產品以其成本低、效率高的特點為中小型鐘表制造企業節約成本、增加產品的多樣化提供了更好的依托。將激光雕刻技術應用于木質拼裝時鐘產品設計中，既拓寬了激光雕刻技術在產品設計領域的應用范疇，同時也為時鐘產品提供了新的設計思路。鐘表企業急需引進和采用新技術來對產品進行更新、升級和換代，以應對市場的需求。基于激光雕刻技術的木質拼裝時鐘設計能為傳統時鐘企業提供產品轉型的方向，同時以木質為材料加工的產品具有環保性，還能滿足產品的可持續發展戰略。

4 基于激光雕刻技術的木質拼裝時鐘產品設計原則

4.1 實用性原則

用戶購買產品的最終的目是它的實用功能，產品的實用性是所有一切設計活動的出發點和基石，沒有實用性的產品經不住時間和市場的檢驗。木質拼裝時鐘產品保留著作為時鐘產品用來計時的實用功能，同時又作為一款拼裝玩具為消費者帶來了拼裝過程中的趣味性和互動性。產品在拼裝完成之后可以作為客廳的裝飾時鐘或者床頭時鐘使用，相比普通的拼裝產品而言更加實用。

4.2 經濟性原則

木質拼裝時鐘產品具有成本低、售價低、性價比高等特點。使用激光雕刻技術進行木制拼裝時鐘產品的加工生產，極大地降低了產品的生產成本。消費者在購買一件產品時往往會貨比三家，這也要求了產品必須擁有能夠吸引客戶的賣點，以及高性價比，才能獲得消費者的青睞。網上在售的幾款銷量較高的木制拼裝時鐘產品在經濟性方面都做到了極致，具體體現在成本控制、標準化、模塊化生產等方面。

4.3 美觀性原則

木質拼裝時鐘產品的設計不能僅僅滿足用戶對拼裝玩具的功能需求，還要兼顧審美功能，也就是把拼裝時鐘產品作為一件裝飾品。通過產品美學價值的表達來維持產品的不可替代性。美觀性原則也恰恰要求了在運用激光雕刻技術加工時要有更高的精確度。

4.4 安全性原則

木質拼裝時鐘產品必須是安全無毒的，要嚴格控制產品的材料選擇、制作工藝，尤其是給青少年使用的玩具，更應該遵循相關標準，保證使用過程的安全舒適。在進行激光切割時要對產品進行倒角處理，避免尖銳的尖角出現，切割完成后需對木板邊角進行打磨，防止兒童在使用過程中受傷。

4.5 綠色性原則

木制拼裝時鐘是采用木板加工制作而成，從原材料到加工生產完成的整個流程都是綠色、環保且無污染的。傳統木質拼裝產品無附加功能，在拼裝完成之后多數情況下會被閑置或丟棄處理。而木質拼裝時鐘產品在拼裝結束后還可以作為時鐘繼續使用。

5 基于激光雕刻技術的木質拼裝時鐘產品設計實踐

5.1 外觀設計

以長頸鹿為設計主題對木質拼裝時鐘產品進行設計。在確定產品的造型形象后開始進行產品設計，利用頭腦風暴的方法，提取長頸鹿的特點為產品的設計元素。如產品需體現長頸鹿的長脖子等體態特征，同時考慮時鐘表盤的擺放位置，再根據它的特點、元素來繪制長頸鹿形象的二維卡通造型。將產品的底座設計為可搖擺式，既能增加產品的趣味性，又能增強用戶和產品間的互動。對產品進行草圖方案設計，繪制產品的二維卡通造型，從中選定最優的方案進行三維造型設計。將二維卡通造型進行結構拆分，如長頸鹿的頭部、頸部、身體和產品底座分別為不同的模塊，并考慮各個模塊的拼接方式，形成產品初步的三維造型。

5.2 人機設計

在進行三維造型設計時，要考慮產品的安全性，避免出現尖銳的切角，對所有的組塊進行倒角設計。考慮時鐘機芯的擺放位置，考慮用戶在拼裝以及使用時的便利性。合理設計產品的拼裝順序，在確定產品比例后形成最終的三維造型。將最終的確定方案通過Rhino 或AutoCAD 等軟件進行制作，還可以在激光雕刻機中使用的二維線框圖以供產品切割制作時使用。

5.3 結構設計

將二維線框文件使用AutoCAD 或CorelDRAW 軟件打開，通過將線框設置不同的顏色來區分切割和雕刻指令。黑線部分表示切割，紅線部分表示在表面進行雕刻，主要是雕刻時鐘的表盤，動物身體表面的紋理造型。對激光雕刻機的相關參數進行設置，不同功率、不同速度都會影響到木板切割后的尺寸，經過反復測試，調整出最合適的功率速度進行切割。使用長30cm、寬20cm、厚度0.3cm 的薄木板進行制作，通過切割雕刻制作出拼裝產品的組裝木板（見圖5）。將木板的各個部件進行拆解拼裝測試，對拼接時接觸不牢固的部件尺寸進行相應的調整，反復測試，直到緊密貼合為止，保存記錄數據，為后續批量生產加工時提供參考。模塊化設計的方法可以豐富產品種類，將表盤、連接件等部件作為通用模塊，能縮短設計時間，節約設計成本。

6 結語

多年來鐘表制造業的產品發展停滯不前，目前我國中小型鐘表制造企業面臨著轉型以及嚴峻的考驗，基于激光雕刻技術的生產方式，其優點在于生產精準、速度快、可加工的材料廣泛，以及成本低，適合在中小型鐘表制造企業中應用。模塊化的拼裝方式為企業提供更多樣化、廣泛化的產品種類，拓寬了企業發展的方向，為中小型鐘表企業轉型提供了思路，同時也為其企業效益謀求最大化。