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3D打印制作个性化不倒翁

更新时间: 2019-10-22 13:45:45  查看次数: 28    
不倒翁是中国最古老的玩具之一,通常下半部分是半球状,上半部分形态各异。在外力推动之后,不倒翁会不断摇摆,并能够最终自行静止在初始平衡位置。近些年来,全球各地的能工巧匠制作了形态各异的不倒翁玩具。结合各自文化传统,不倒翁具有多种多样的形态,诸如动物、小丑、明星等不同造型。不倒翁也被赋予不同的象征意义:能够获得成功、克服困难、从厄运中恢复等等。


根据外观形态,不倒翁一般可以分成两个部分形态各异的上半部,通常受到不同工匠和文化的影响,具有各异的形状:半球状的下半部,通常内部中空并带有配重。下半部曲面形状和质必位置直接影响不倒翁能否摇而不倒并最终静止在平衡位置,如何调整这两者的关系是不倒翁设计的关键问题之一。传统制作方法大多通过不断尝试来寻找合适的曲面形状和配重,需要设计者具有一定的经验。


3D打印技术的蓬勃发展让更多人体验到个性化制造的乐趣。然而对于普通消费者,3D打印制造不倒翁仍是一个繁琐的过程。需要对输入表面网格模型进行编漫以调整模型质心位置。并需要设计模型下半部合适的形状,使其能够保持摇而不倒的物理特性。目前大多数3D打印机使用同一材料进行打印,增加了平衡不倒翁质心和底部形状的难度。


如何使3D打印物体保持静态稳定性或者某种动态特征是3D打印领域的热点问题之一。Provost等提出了使打印模型能够在某个姿势下稳定在水平面上的方法。Bacher等在此基础上进一步提出了使模型稳定旋转的办法。设计目标为:3D打印成品初始状态时在水平面上保持静止,并在外力推动后,不断摇摆,最终静止在初始平衡位置。因此所要解决的问题其物理原理和优化目标与以上方法不同。将以上方法进行整合并不能设计出不倒翁模型。另外为了增强不倒翁玩具的趣味性,还需要考虑不倒翁形状,稳定性和摆动幅度等。不倒翁的稳定性是指不倒翁依靠自身摆动最终能够静止在初始平衡位置的能力。稳定性越高,则不倒翁最终越容易静止在初始平衡位置。

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