基于激光雕刻技术的木质拼装时钟设计

刘雨

关键词：激光雕刻技術;木质拼装;时钟设计

1 激光雕刻技术

激光雕刻机由激光器、数控快速成型系统、图象处理系统及直接 CAD 控制系统组成[1]。

激光雕刻技术是利用高功率密度的聚焦激光光束作用在材料表面或内部，使材料气化或发生其它物理变化，通过控制激光能量、光斑大小、运动轨迹和速度等参量使材料呈现出要求的图形图案[2]。在激光技术中，激光雕刻技术是其中的一种，激光雕刻技术具有雕刻质量好、效率高、工序简单等诸多优点，越来越受到大家的关注，其雕刻出来的产品也应用到了许多领域[3]。近年来，随着激光加工技术的发展，激光雕刻技术以其低价、高效、省时的优点开始走进人们的视野[4]。目前激光应用主要有材料加工、通信、数据储存等9 个主要类别， 一些发达国家已经将激光加工取代传统加工，进入“光加工”时代[5]。激光雕刻技术常用于工业设计及产品设计的模型制作环节，在产品设计过程中发挥着重要的作用，也为很多家用小产品的企业提供了一个高效、低成本的加工方式。

2 木质拼装时钟概述

2.1 木质拼装时钟产品简介

木质拼装时钟是一种针对青少年儿童设计的益智玩具类时钟产品，通过动手拼装组合制作出各种造型的时钟产品，目的是锻炼用户的空间思维能力，同时也可以了解石英时钟的结构，强化动手能力。按照使用场景的摆放方式分类，木质拼装时钟产品分为壁挂式、桌面式两种（见表1）。桌面式因体积小、易摆放等优点受到大众的普遍欢迎，市场占有率高。

2.2 木质拼装时钟产品的优势

1） 生产成本低。产品所使用的材料成本低，结构易加工，产品的原材料一般为3mm—5mm 薄木板、竹木板、合成板等材料。

2） 造型可塑性强。产品的可塑性强，造型丰富多变，拼装产品的优势在于其模块化的结构，不同模块的拼装可以形成不同造型的产品，给消费者提供多样化的选择，同时能丰富企业产品的种类，也为设计师提供更多的思路（见图1、图2）。

3） 兼具实用与审美功能。产品的实用功能与审美功能兼具，木制拼装时钟产品的主要结构为3mm—5mm 的薄木板和石英时钟机芯（见图3、图4），木板经过不同形态的雕刻后进行拼装，加入时钟机芯的功能，具有时钟产品的功能性及美观性。

4） 情感互动性强。产品的互动性强，传统时钟与用户的互动仅限于调整时间、安装电池等必要操作，缺乏实质性的、有情感的交流和交互活动。木制拼装时钟产品给儿童和家长提供了亲子互动的平台，在拼装过程中增加了用户和产品的互动性，使其成为用户和产品间的情感纽带。

3 基于激光雕刻技术的木质拼装时钟产品设计意义

随着激光雕刻技术的成熟，激光雕刻机为中小型制造业提供了更快速便捷的加工方式，木质拼装时钟产品以其成本低、效率高的特点为中小型钟表制造企业节约成本、增加产品的多样化提供了更好的依托。将激光雕刻技术应用于木质拼装时钟产品设计中，既拓宽了激光雕刻技术在产品设计领域的应用范畴，同时也为时钟产品提供了新的设计思路。钟表企业急需引进和采用新技术来对产品进行更新、升级和换代，以应对市场的需求。基于激光雕刻技术的木质拼装时钟设计能为传统时钟企业提供产品转型的方向，同时以木质为材料加工的产品具有环保性，还能满足产品的可持续发展战略。

4 基于激光雕刻技术的木质拼装时钟产品设计原则

4.1 实用性原则

用户购买产品的最终的目是它的实用功能，产品的实用性是所有一切设计活动的出发点和基石，没有实用性的产品经不住时间和市场的检验。木质拼装时钟产品保留着作为时钟产品用来计时的实用功能，同时又作为一款拼装玩具为消费者带来了拼装过程中的趣味性和互动性。产品在拼装完成之后可以作为客厅的装饰时钟或者床头时钟使用，相比普通的拼装产品而言更加实用。

4.2 经济性原则

木质拼装时钟产品具有成本低、售价低、性价比高等特点。使用激光雕刻技术进行木制拼装时钟产品的加工生产，极大地降低了产品的生产成本。消费者在购买一件产品时往往会货比三家，这也要求了产品必须拥有能够吸引客户的卖点，以及高性价比，才能获得消费者的青睐。网上在售的几款销量较高的木制拼装时钟产品在经济性方面都做到了极致，具体体现在成本控制、标准化、模块化生产等方面。

4.3 美观性原则

木质拼装时钟产品的设计不能仅仅满足用户对拼装玩具的功能需求，还要兼顾审美功能，也就是把拼装时钟产品作为一件装饰品。通过产品美学价值的表达来维持产品的不可替代性。美观性原则也恰恰要求了在运用激光雕刻技术加工时要有更高的精确度。

4.4 安全性原则

木质拼装时钟产品必须是安全无毒的，要严格控制产品的材料选择、制作工艺，尤其是给青少年使用的玩具，更应该遵循相关标准，保证使用过程的安全舒适。在进行激光切割时要对产品进行倒角处理，避免尖锐的尖角出现，切割完成后需对木板边角进行打磨，防止儿童在使用过程中受伤。

4.5 绿色性原则

木制拼装时钟是采用木板加工制作而成，从原材料到加工生产完成的整个流程都是绿色、环保且无污染的。传统木质拼装产品无附加功能，在拼装完成之后多数情况下会被闲置或丢弃处理。而木质拼装时钟产品在拼装结束后还可以作为时钟继续使用。

5 基于激光雕刻技术的木质拼装时钟产品设计实践

5.1 外观设计

以长颈鹿为设计主题对木质拼装时钟产品进行设计。在确定产品的造型形象后开始进行产品设计，利用头脑风暴的方法，提取长颈鹿的特点为产品的设计元素。如产品需体现长颈鹿的长脖子等体态特征，同时考虑时钟表盘的摆放位置，再根据它的特点、元素来绘制长颈鹿形象的二维卡通造型。将产品的底座设计为可摇摆式，既能增加产品的趣味性，又能增强用户和产品间的互动。对产品进行草图方案设计，绘制产品的二维卡通造型，从中选定最优的方案进行三维造型设计。将二维卡通造型进行结构拆分，如长颈鹿的头部、颈部、身体和产品底座分别为不同的模块，并考虑各个模块的拼接方式，形成产品初步的三维造型。

5.2 人机设计

在进行三维造型设计时，要考虑产品的安全性，避免出现尖锐的切角，对所有的组块进行倒角设计。考虑时钟机芯的摆放位置，考虑用户在拼装以及使用时的便利性。合理设计产品的拼装顺序，在确定产品比例后形成最终的三维造型。将最终的确定方案通过Rhino 或AutoCAD 等软件进行制作，还可以在激光雕刻机中使用的二维线框图以供产品切割制作时使用。

5.3 结构设计

将二维线框文件使用AutoCAD 或CorelDRAW 软件打开，通过将线框设置不同的颜色来区分切割和雕刻指令。黑线部分表示切割，红线部分表示在表面进行雕刻，主要是雕刻时钟的表盘，动物身体表面的纹理造型。对激光雕刻机的相关参数进行设置，不同功率、不同速度都会影响到木板切割后的尺寸，经过反复测试，调整出最合适的功率速度进行切割。使用长30cm、宽20cm、厚度0.3cm 的薄木板进行制作，通过切割雕刻制作出拼装产品的组装木板（见图5）。将木板的各个部件进行拆解拼装测试，对拼接时接触不牢固的部件尺寸进行相应的调整，反复测试，直到紧密贴合为止，保存记录数据，为后续批量生产加工时提供参考。模块化设计的方法可以丰富产品种类，将表盘、连接件等部件作为通用模块，能缩短设计时间，节约设计成本。

6 结语

多年来钟表制造业的产品发展停滞不前，目前我国中小型钟表制造企业面临着转型以及严峻的考验，基于激光雕刻技术的生产方式，其优点在于生产精准、速度快、可加工的材料广泛，以及成本低，适合在中小型钟表制造企业中应用。模块化的拼装方式为企业提供更多样化、广泛化的产品种类，拓宽了企业发展的方向，为中小型钟表企业转型提供了思路，同时也为其企业效益谋求最大化。