新產(chǎn)品的產(chǎn)生需要滿足當下人們的需求以及審美。本文針對傳統(tǒng)臺燈的外觀及控制進行設(shè)計改造，運用3D打印技術(shù)的彈性設(shè)計、制造流程簡易等特點，通過前期的構(gòu)思及設(shè)計建模，完成其主體外觀的設(shè)計后，基于ESP8266單片機搭載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及溫濕度傳感器等實現(xiàn)智能控制，呈現(xiàn)出一款節(jié)能環(huán)保型的嶄新且順應(yīng)時代的臺燈產(chǎn)品。

　　1引言

　　隨著科技的發(fā)展，3D打印技術(shù)已經(jīng)引起了公眾的關(guān)注，且發(fā)展迅速，并成為了人們研究與開發(fā)的熱門領(lǐng)域[1]。而智能化的到來，對于產(chǎn)品的設(shè)計更是畫龍點睛，使其功能達到多元化、智能化[2]。本文主要對基于3D打印的智能控制臺燈的前期設(shè)計建模、3D打印實體模型、ESP8266搭載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及溫濕度傳感器的智能控制程序做了基本的介紹。

　　2產(chǎn)品的主體設(shè)計

　　2.1 主體構(gòu)思

　　將我校標志性建筑——圖書館，作為本設(shè)計的主體，用以紀念學子們的大學時光。在此基礎(chǔ)上，外加兩側(cè)鑲嵌式筆筒的設(shè)計，使本設(shè)計實現(xiàn)了使用的多元化及個性化。通過帶有校徽的開關(guān)設(shè)計以及包覆的文字性校訓，將本校的辦學理念及文化特色彰顯得淋漓盡致。

　　2.2 主體的建模

　　采用SolidW orks繪圖軟件，對其主體進行建模。

　　2.2.1 燈座的設(shè)計

　　利用凸臺拉伸、切除拉伸、鏡像、圓角、線性陣列、放樣、包覆以及基準面建立等指令完成以礦院圖書館為本體的燈座。

　　2.2.2 筆筒的設(shè)計

　　筆筒通過拉伸、切除、放樣、抽殼以及基準面建立等命令，設(shè)計為可拆卸式，可以根據(jù)需求者不同的審美，設(shè)計不同的款式，完美鑲嵌在圖書館型燈座的兩側(cè)，用來收納。

　　2.2.3 拉伸LED燈架的設(shè)計

　　作為一款折疊類型的臺燈，采用目前市場上已有折疊臺燈的折疊原理，通過拉伸、切除、凸臺、線性陣列、圓周整列、圓角、倒角、鏡像、放樣以及基準面建立等指令設(shè)計出燈架部件，可調(diào)節(jié)燈光角度及高低。在此燈架旁設(shè)置內(nèi)槽作為布線槽，連至LED燈使其工作，燈臂內(nèi)槽外有擋板使其整體效果更美。

　　2.2.4 手動開關(guān)的設(shè)計

　　通過拉伸、切除、圓角等指令將開關(guān)設(shè)計成校徽樣式嵌入圖書館頂端，通過預(yù)留的線孔與控制主板連接，實現(xiàn)手動控制臺燈的開關(guān)。

　　2.2.5 校訓的引用

　　為了使作品外觀更為精美，在燈座的背部選用學校校訓以及勵志性句子，利用包覆命令將其設(shè)計在圖書館燈座的背面，同時更能彰顯本校辦學理念及治校精神，集中體現(xiàn)本校的教風、校風、學風。

　　2.2.6 零件裝配

　　將繪制好的燈座、筆筒、燈架等所有零件圖插入到裝配圖里面，在裝配圖里進行簡單的裝配，運用平行、重合、垂直、相切、同軸心等關(guān)系進行裝配，完成該智能臺燈的裝配體。

　　2.2.7 建模實體的渲染

　　運用SOLIDWORKS中的渲染功能進行建模實體的渲染操作，渲染出外觀精美的作品。

　　2.3 3D打印實體的制作

　　3D打印技術(shù)是綜合利用CAD技術(shù)、激光技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學以及機械工程電子技術(shù)的技術(shù)集成，以實現(xiàn)從零件設(shè)計到三維實體原型制造一體化的系統(tǒng)設(shè)計。它是一種基于離散堆積成型思想的新型成型技術(shù)，是由CAD模型直接驅(qū)動的快速完成任意復(fù)雜形狀三維實體零件制造的技術(shù)的總稱。

　　本設(shè)計采用的是熔融沉積式(FDM)又稱為熔化堆積法、熔融擠出成模(Melted Extrusion Manufacturing,MEM)等。其具體工藝過程為：絲材在供絲機構(gòu)的帶動下到達熱熔噴頭，并被加熱至熔融狀態(tài)，經(jīng)噴頭擠出，到打印平臺上;在控制系統(tǒng)的控制下，沿著設(shè)計模型輪廓線的規(guī)劃途徑在平面內(nèi)移動，在平臺打印一層所有結(jié)構(gòu)后，打印平臺在步進電機控制下，下降一個分層厚度的高度再進行第2層的打印，直至打印完成[3]。

　　將所繪制好的臺燈主體部分以及折疊部分，建模下載到3D打印機上進行打印，所選原材料為絲狀，利用熔融沉積的原理將原材料熔融逐層堆積，最終完成實體的打印制作，打印出來的顏色為乳白色，經(jīng)過噴漆以及組裝，完成該臺燈的主體制作。見圖1。

　　3智能控制設(shè)計編程

　　3.1 光源的選用

　　臺燈的使用，要滿足桌面照明要求、光線穩(wěn)定無頻閃、無眩光的國家標準，還要考慮節(jié)能、高效、環(huán)保等，而LED的發(fā)光效率超過白熾燈10倍左右，高于節(jié)能燈和熒光燈;光線中沒有紫外線和紅外線等輻射光線，光線質(zhì)量好，對于長時間的閱讀和工作不會給眼睛帶來負面影響;顯色性好，適于閱讀照明;體積小，設(shè)計靈活;壽命長，節(jié)能環(huán)保，成本低[4]。所以，本設(shè)計作為一款節(jié)能綠色環(huán)保的臺燈，LED則是最佳光源的選擇。

　　3.2 ESP8266與溫濕度傳感器控制

　　ESP8266是一個完整且自成體系的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)解決方案，能夠獨立運行，也可以作為從機搭載于其他主機MCU運行。ESP8266在搭載應(yīng)用并作為設(shè)備中唯一的應(yīng)用處理器時，能夠直接從外接閃存中啟動，且內(nèi)置的高速緩沖存儲器有利于提高系統(tǒng)性能，并減少內(nèi)存需求。還有一種情況是，ESP8266負責無線上網(wǎng)接入承擔Wi-Fi適配器的任務(wù)，此時可以將其添加到任何基于微控制器的設(shè)計中。ESP8266高度片內(nèi)集成，包括天線開關(guān)balun、電源管理轉(zhuǎn)換器，因此僅需極少的外部電路，且包括前端模組在內(nèi)的整個解決方案在設(shè)計時將所占PCB空間降到最小[5]。

　　DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器[6]，它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。而傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。

　　3.3 控制方式

　　本設(shè)計通過智能音響、手動開關(guān)、手機APP、手機語音助手等對其控制，見圖2。

　　4產(chǎn)品優(yōu)勢

　　本產(chǎn)品的設(shè)計，采用先進的3D打印技術(shù)，從最初的建模到最后的產(chǎn)品成型，復(fù)雜的圖書館外形一次成型，大大降低了該產(chǎn)品制造的復(fù)雜程度及制造流程。其次，作為增材制造，提高了材料的利用率，大幅度降低了生產(chǎn)成本，加快了生產(chǎn)周期。學院圖書館的外形和背部的學校校訓及勵志文字，再加上承載開關(guān)的學校校徽，這些最具有代表意義的設(shè)計，賦予了此產(chǎn)品獨一無二的靈魂。臺燈的主體加上鑲嵌式筆筒，節(jié)省空間，實用性強;手動控制及智能控制，與傳統(tǒng)折疊臺燈及筆筒相比較更具個性化、智能化。這款臺燈的設(shè)計，操作和控制簡便，可實現(xiàn)多種形式控制，外觀精美，綠色環(huán)保，適用范圍廣泛，具有一定的藝術(shù)特色，加入人工智能控制，符合當代智能化發(fā)展。隨著3D打印產(chǎn)品日趨增加，該設(shè)計90%以上都需采用3D打印來完成，這也決定了生產(chǎn)趨勢的主導權(quán)，能靈活改變設(shè)計，迅速生產(chǎn)。其不論是作為學校形象代言品、畢業(yè)生贈品、學習型臺燈、辦公室用品、客廳擺飾，還是創(chuàng)意類商品，都有著廣泛的市場，發(fā)展前景非常可觀。

　　參考文獻

　　[1]昊平.3D打印技術(shù)及其未來發(fā)展趨勢[J]印刷質(zhì)量與標準化, 2014(1):8-10.

　　[2]周武基于物聯(lián)網(wǎng)智能家居發(fā)展分析[J].信息技術(shù)與信息化, 2015(2):136-137.

　　[3]劉忠偉，鄧英劍.先進制造技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社, 2017:220.

　　《基于3D打印的智能控制臺燈的設(shè)計》來源：《信息記錄材料》，作者：劉麗 王堯 馬虎兵