基于3D打印技術(shù)的DIY創(chuàng)意節(jié)能小夜燈設(shè)計

摘 要 本文基于3D打印技術(shù)設(shè)計了一種以手機為原型的綠色環(huán)保、高效節(jié)能、安全可靠、長久耐用的DIY創(chuàng)意小夜燈。設(shè)計思路為先利用三維建模對小夜燈的外觀進行設(shè)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(yōu)良的、可回收的綠色環(huán)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(shè)計和微波雷達控制兩種方案設(shè)計電路，12V的LED燈條作為光源。該綠色環(huán)保節(jié)能的便攜式小夜燈，不光節(jié)約電費，并且無需布線，減少了瑣碎的開關(guān)元件，有了它，隨到隨亮，隨走隨滅，綠色環(huán)保，生活輕松簡單。

關(guān)鍵詞 3D打印；亞克力；聲控；雷達

中圖分類號 TB4 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2017）188-0040-02

在日常生活中，有時我們會遇到夜晚起夜摸黑去找開關(guān)，并且在燈打開的瞬間看到刺眼的強光，讓眼睛感覺到非常的不舒服的情況，為此我們設(shè)計了一種基于手機形狀的便攜式的綠色環(huán)保節(jié)能DIY創(chuàng)意小夜燈。該小夜燈具有人體感應(yīng)功能，白天光線充足時燈不亮，晚上或者光線暗的時候則通過聲光感應(yīng)或者雷達感應(yīng)到人（感應(yīng)距離為1～5米可調(diào)）自動亮燈，如果一直感應(yīng)到人的活動，燈不會滅，人靜止不動，或者人離開后，燈延長30s左右的時間（時間可調(diào)）自動滅。該小夜燈采用FDM型3D打印技術(shù)打印燈箱體，和傳統(tǒng)的燈箱相比，它在結(jié)構(gòu)設(shè)計上不受復(fù)雜程度的限制，發(fā)揮創(chuàng)意可以實現(xiàn)任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制作，設(shè)計制作周期短，效率高，成本低。另外采用半透明的PLA材料的綠色環(huán)保的亞克力彩色板作為燈蓋，12V的LED燈帶作為光源，更增強了小夜燈的柔亮效果，電源部分采用寬電壓恒流穩(wěn)壓電源設(shè)計，防雷，防電壓波動，安全可靠，大大降低了成本，提高了使用效率。該小夜燈可用于客廳、廁所、地下車庫或廚房、衣柜、櫥柜等光線不足的地方，無需布線和開關(guān)元件，有了它，隨到隨亮，隨走隨滅，綠色環(huán)保，生活輕松簡單。

1 利用三維建模、分層切割、3D打印技術(shù)打印燈箱

3D打印機是快速成型設(shè)備的一個分支，它通過對電腦中三維軟件的識別，進行三角網(wǎng)格格式（STL）的轉(zhuǎn)換，再結(jié)合切層軟件確定擺放位置，支撐結(jié)構(gòu)生成分層擠出路徑，然后從下到上一層層構(gòu)建實體模型。利用3D打印技術(shù)最突出的優(yōu)點是，它無需在工廠進行機械加工也不需要任何模具，僅僅通過桌面上的打印機就可以把計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件打印出來，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。該設(shè)計的燈箱體采用噴頭直徑為1.75mm的FDM型3D打印機制作，其工藝參數(shù)有：層厚0.2mm、填充密度10%、打印速度25mm/s、打印溫度215℃、熱床溫度60℃、打印時間為7～8小時。燈箱的箱體是以常用的手機為原型進行創(chuàng)意設(shè)計的，加上支架可以方便放在房間里的任何位置，也可以粘貼到墻壁上，隨拿隨放，不受限制。圖1為小夜燈燈箱三維設(shè)計，圖2為小夜燈支架的三維設(shè)計。

2 采用綠色環(huán)保的亞克力彩色板制作燈罩

采用綠色環(huán)保的亞克力板作為小夜燈的燈罩。亞克力板的特性有：透明度極高，透光率達92%以上，所需的燈光強度較小，節(jié)省電能；具有良好的表面硬度與光澤，加工可塑性大，可制成各種所需要的形狀與產(chǎn)品；亞克力板材的種類繁多色彩艷麗、亮度高；絕緣性能優(yōu)良，適合各種電器設(shè)備；可回收率高，易清潔，綠色環(huán)保。傳統(tǒng)亞克力板的切割工藝是手工劃線—鋸切—磨削—膠水粘結(jié)。此類制作工藝費時費力，切割的亞克力側(cè)邊質(zhì)量很難保證統(tǒng)一，且制作過程有噪聲、鋸屑、強酸性氣體揮發(fā)，容易造成環(huán)境污染。本設(shè)計制作采用計算機繪圖—激光切割加工—粘結(jié)。計算機繪圖具有智能化、個性化、數(shù)字化特征，激光切割加工效率高，切割邊質(zhì)量具有較好的統(tǒng)一性與平整性。

3 電路設(shè)計

方案一：采用聲光硬件模塊化設(shè)計電路。聲—光模塊化硬件系統(tǒng)，它只要充電電池有電，有5m的聲源，LED燈就可以發(fā)光，延時30s斷電，節(jié)約能源。在聲源范圍內(nèi)，持續(xù)有聲音則持續(xù)照明。聲-光硬件部分通過采用模塊化設(shè)計，使硬件系統(tǒng)更加可靠穩(wěn)定，同時有利于以后的維修和完善。通過聲音傳感模塊和光敏傳感模塊從外界環(huán)境獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，通過電壓比較器LM393來調(diào)整傳感器的靈敏度，并且通過STC15F104E處理芯片來捕捉LM393芯片輸出端電平實現(xiàn)智能聲光控制，提高電路板的穩(wěn)定性，同時減小電路板的體積。為了進一步提高電路板的可靠性和增強電路板的驅(qū)動能力，通過采用PC817光耦來隔離驅(qū)動芯片IRF5303與處理器的連接。而本設(shè)計的輸入電壓是12V，電流1mA，輸出電壓為5V，電流0.3mA。通過多次的試驗測試，聲-光電路板可以檢測到5m內(nèi)的聲音，不受物品阻擋而影響，驅(qū)動能力電壓可達100V，電流可達14A。采用12V的LED燈條作為光源，3顆18 650鋰電池組成12V電池組，總?cè)萘窟_2 200mAh。根據(jù)公式：放電時間=電池標稱容量X效率÷LED的電流2 600mAh x0.8÷1mA=2 080h，2080h÷24=87天，基本幾個月不用充電。圖4為DIY創(chuàng)意節(jié)能小夜燈聲控電路主控與驅(qū)動電路。

方案二：用微波雷達控制。微波雷達智能控制采用多普勒效應(yīng)的微波雷達，超高靈敏度，4～7米內(nèi)感受到使用者相位移動，就會被觸發(fā)，不受聲音等其他干擾影響，擴展了工作環(huán)境，加裝光敏電阻作為光感感應(yīng)。微波雷達-光硬件部分采用模塊化設(shè)計，用12V鋰電池作為電源，微波雷達作為感應(yīng)裝置來識別人體，相比聲控等抗干擾性低的感應(yīng)裝置，可防止太陽光的紅外線干擾，加裝光敏電阻作為感應(yīng)，避免在白天光線充足的情況下被觸發(fā)浪費電量。微波雷達控制開關(guān)部分使用XYC-WB3-12高頻微波感應(yīng)模塊，可在4～7米半徑內(nèi)感應(yīng)到人則觸發(fā)，微波感應(yīng)開關(guān)是利用多普勒效應(yīng)原理設(shè)計的移動物體探測器。它以非接觸方式探測物體的位置是否發(fā)生移動，繼而產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)操作。與紅外、聲控等產(chǎn)品相比，具有抗射頻干擾能力強、不受溫度、濕度、光線、氣流、塵埃、煙霧等影響，可以安裝在一定厚度的塑料、玻璃、木制等非金屬的外殼里面，而對其探測功能技術(shù)沒有影響，能夠非常方便的應(yīng)用設(shè)備控制、環(huán)境輔助光源控制、地下停車場、通道照明等各種干擾源多的領(lǐng)域。XYC-WB3-12高頻微波感應(yīng)模塊額定輸入電壓為12V～35V，輸出電壓基本等于輸入電壓。本燈具功耗0.012W，內(nèi)置12V、2200mAh鋰電池，續(xù)航時間超長，大大增加其可移動性，不被插座所束縛；亮度大，可照亮5m×5m的空間；加有光敏電阻，根據(jù)外界的光線強度，控制模塊的輸出狀態(tài)，達到節(jié)能效果，做到最大限度的節(jié)能

環(huán)保。

4 結(jié)論

該小夜燈解決了上樓總要按開關(guān)，上衛(wèi)生間總忘關(guān)燈，半夜起床到處抹黑，開車回車庫來回找開關(guān)，布線麻煩，到處安裝開關(guān)的問題。綠色環(huán)保節(jié)能方便的小夜燈為日常生活提供了便捷，很有推廣價值。

參考文獻

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作者簡介：張軍，廣東省華立技師學(xué)院。