基于激光雕刻技術(shù)的木質(zhì)拼裝時鐘設(shè)計

劉雨

關(guān)鍵詞：激光雕刻技術(shù);木質(zhì)拼裝;時鐘設(shè)計

1 激光雕刻技術(shù)

激光雕刻機由激光器、數(shù)控快速成型系統(tǒng)、圖象處理系統(tǒng)及直接 CAD 控制系統(tǒng)組成[1]。

激光雕刻技術(shù)是利用高功率密度的聚焦激光光束作用在材料表面或內(nèi)部，使材料氣化或發(fā)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(xiàn)出要求的圖形圖案[2]。在激光技術(shù)中，激光雕刻技術(shù)是其中的一種，激光雕刻技術(shù)具有雕刻質(zhì)量好、效率高、工序簡單等諸多優(yōu)點，越來越受到大家的關(guān)注，其雕刻出來的產(chǎn)品也應(yīng)用到了許多領(lǐng)域[3]。近年來，隨著激光加工技術(shù)的發(fā)展，激光雕刻技術(shù)以其低價、高效、省時的優(yōu)點開始走進人們的視野[4]。目前激光應(yīng)用主要有材料加工、通信、數(shù)據(jù)儲存等9 個主要類別， 一些發(fā)達國家已經(jīng)將激光加工取代傳統(tǒng)加工，進入“光加工”時代[5]。激光雕刻技術(shù)常用于工業(yè)設(shè)計及產(chǎn)品設(shè)計的模型制作環(huán)節(jié)，在產(chǎn)品設(shè)計過程中發(fā)揮著重要的作用，也為很多家用小產(chǎn)品的企業(yè)提供了一個高效、低成本的加工方式。

2 木質(zhì)拼裝時鐘概述

2.1 木質(zhì)拼裝時鐘產(chǎn)品簡介

木質(zhì)拼裝時鐘是一種針對青少年兒童設(shè)計的益智玩具類時鐘產(chǎn)品，通過動手拼裝組合制作出各種造型的時鐘產(chǎn)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(jié)構(gòu)，強化動手能力。按照使用場景的擺放方式分類，木質(zhì)拼裝時鐘產(chǎn)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(yōu)點受到大眾的普遍歡迎，市場占有率高。

2.2 木質(zhì)拼裝時鐘產(chǎn)品的優(yōu)勢

1） 生產(chǎn)成本低。產(chǎn)品所使用的材料成本低，結(jié)構(gòu)易加工，產(chǎn)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(chǎn)品的可塑性強，造型豐富多變，拼裝產(chǎn)品的優(yōu)勢在于其模塊化的結(jié)構(gòu)，不同模塊的拼裝可以形成不同造型的產(chǎn)品，給消費者提供多樣化的選擇，同時能豐富企業(yè)產(chǎn)品的種類，也為設(shè)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(chǎn)品的實用功能與審美功能兼具，木制拼裝時鐘產(chǎn)品的主要結(jié)構(gòu)為3mm—5mm 的薄木板和石英時鐘機芯（見圖3、圖4），木板經(jīng)過不同形態(tài)的雕刻后進行拼裝，加入時鐘機芯的功能，具有時鐘產(chǎn)品的功能性及美觀性。

4） 情感互動性強。產(chǎn)品的互動性強，傳統(tǒng)時鐘與用戶的互動僅限于調(diào)整時間、安裝電池等必要操作，缺乏實質(zhì)性的、有情感的交流和交互活動。木制拼裝時鐘產(chǎn)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(chǎn)品的互動性，使其成為用戶和產(chǎn)品間的情感紐帶。

3 基于激光雕刻技術(shù)的木質(zhì)拼裝時鐘產(chǎn)品設(shè)計意義

隨著激光雕刻技術(shù)的成熟，激光雕刻機為中小型制造業(yè)提供了更快速便捷的加工方式，木質(zhì)拼裝時鐘產(chǎn)品以其成本低、效率高的特點為中小型鐘表制造企業(yè)節(jié)約成本、增加產(chǎn)品的多樣化提供了更好的依托。將激光雕刻技術(shù)應(yīng)用于木質(zhì)拼裝時鐘產(chǎn)品設(shè)計中，既拓寬了激光雕刻技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用范疇，同時也為時鐘產(chǎn)品提供了新的設(shè)計思路。鐘表企業(yè)急需引進和采用新技術(shù)來對產(chǎn)品進行更新、升級和換代，以應(yīng)對市場的需求?；诩す獾窨碳夹g(shù)的木質(zhì)拼裝時鐘設(shè)計能為傳統(tǒng)時鐘企業(yè)提供產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的方向，同時以木質(zhì)為材料加工的產(chǎn)品具有環(huán)保性，還能滿足產(chǎn)品的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

4 基于激光雕刻技術(shù)的木質(zhì)拼裝時鐘產(chǎn)品設(shè)計原則

4.1 實用性原則

用戶購買產(chǎn)品的最終的目是它的實用功能，產(chǎn)品的實用性是所有一切設(shè)計活動的出發(fā)點和基石，沒有實用性的產(chǎn)品經(jīng)不住時間和市場的檢驗。木質(zhì)拼裝時鐘產(chǎn)品保留著作為時鐘產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品而言更加實用。

4.2 經(jīng)濟性原則

木質(zhì)拼裝時鐘產(chǎn)品具有成本低、售價低、性價比高等特點。使用激光雕刻技術(shù)進行木制拼裝時鐘產(chǎn)品的加工生產(chǎn)，極大地降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。消費者在購買一件產(chǎn)品時往往會貨比三家，這也要求了產(chǎn)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(wǎng)上在售的幾款銷量較高的木制拼裝時鐘產(chǎn)品在經(jīng)濟性方面都做到了極致，具體體現(xiàn)在成本控制、標準化、模塊化生產(chǎn)等方面。

4.3 美觀性原則

木質(zhì)拼裝時鐘產(chǎn)品的設(shè)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(chǎn)品作為一件裝飾品。通過產(chǎn)品美學(xué)價值的表達來維持產(chǎn)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(shù)加工時要有更高的精確度。

4.4 安全性原則

木質(zhì)拼裝時鐘產(chǎn)品必須是安全無毒的，要嚴格控制產(chǎn)品的材料選擇、制作工藝，尤其是給青少年使用的玩具，更應(yīng)該遵循相關(guān)標準，保證使用過程的安全舒適。在進行激光切割時要對產(chǎn)品進行倒角處理，避免尖銳的尖角出現(xiàn)，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(chǎn)完成的整個流程都是綠色、環(huán)保且無污染的。傳統(tǒng)木質(zhì)拼裝產(chǎn)品無附加功能，在拼裝完成之后多數(shù)情況下會被閑置或丟棄處理。而木質(zhì)拼裝時鐘產(chǎn)品在拼裝結(jié)束后還可以作為時鐘繼續(xù)使用。

5 基于激光雕刻技術(shù)的木質(zhì)拼裝時鐘產(chǎn)品設(shè)計實踐

5.1 外觀設(shè)計

以長頸鹿為設(shè)計主題對木質(zhì)拼裝時鐘產(chǎn)品進行設(shè)計。在確定產(chǎn)品的造型形象后開始進行產(chǎn)品設(shè)計，利用頭腦風(fēng)暴的方法，提取長頸鹿的特點為產(chǎn)品的設(shè)計元素。如產(chǎn)品需體現(xiàn)長頸鹿的長脖子等體態(tài)特征，同時考慮時鐘表盤的擺放位置，再根據(jù)它的特點、元素來繪制長頸鹿形象的二維卡通造型。將產(chǎn)品的底座設(shè)計為可搖擺式，既能增加產(chǎn)品的趣味性，又能增強用戶和產(chǎn)品間的互動。對產(chǎn)品進行草圖方案設(shè)計，繪制產(chǎn)品的二維卡通造型，從中選定最優(yōu)的方案進行三維造型設(shè)計。將二維卡通造型進行結(jié)構(gòu)拆分，如長頸鹿的頭部、頸部、身體和產(chǎn)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(chǎn)品初步的三維造型。

5.2 人機設(shè)計

在進行三維造型設(shè)計時，要考慮產(chǎn)品的安全性，避免出現(xiàn)尖銳的切角，對所有的組塊進行倒角設(shè)計?？紤]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(shè)計產(chǎn)品的拼裝順序，在確定產(chǎn)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(chǎn)品切割制作時使用。

5.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

將二維線框文件使用AutoCAD 或CorelDRAW 軟件打開，通過將線框設(shè)置不同的顏色來區(qū)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(guān)參數(shù)進行設(shè)置，不同功率、不同速度都會影響到木板切割后的尺寸，經(jīng)過反復(fù)測試，調(diào)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(chǎn)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(yīng)的調(diào)整，反復(fù)測試，直到緊密貼合為止，保存記錄數(shù)據(jù)，為后續(xù)批量生產(chǎn)加工時提供參考。模塊化設(shè)計的方法可以豐富產(chǎn)品種類，將表盤、連接件等部件作為通用模塊，能縮短設(shè)計時間，節(jié)約設(shè)計成本。

6 結(jié)語

多年來鐘表制造業(yè)的產(chǎn)品發(fā)展停滯不前，目前我國中小型鐘表制造企業(yè)面臨著轉(zhuǎn)型以及嚴峻的考驗，基于激光雕刻技術(shù)的生產(chǎn)方式，其優(yōu)點在于生產(chǎn)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(yè)中應(yīng)用。模塊化的拼裝方式為企業(yè)提供更多樣化、廣泛化的產(chǎn)品種類，拓寬了企業(yè)發(fā)展的方向，為中小型鐘表企業(yè)轉(zhuǎn)型提供了思路，同時也為其企業(yè)效益謀求最大化。