基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制作说明书.docx
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基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制作说明书
西南科技大学城市学院
CityCollegeofSouthwestUniversityOfScienceandTechnology
项目实践说明书
项目题目：
基于FDM智能网关三维设计与快速制造
指导教师：
高旭芳
系别：
机电工程系
专业班级：
机械设计制造及其自动化0902
姓名：
谢锦
学号：
200940218
日期：
2012年11月
基于FDM智能网关外壳三维设计与快速成型
摘要：
智能家居具有节省费用、使用方便、安全性高、改变生活方式等特点。
智能家居的发展应是对安防、家电、IT和系统集成的整体发展而言，而基于物联网的智能家居在实用、易用、人性化方面是智能家居发展的方向；但随着Internet的发展和应用，基于Internet的网络和控制结构仍然是目前和未来智能家居的主要结构方式。
越来越被年轻人所接受。
而年轻人需要的是个性化，为了以最快的速度满足年轻人个性化的最求。
因此便有了我们研究的项目，基于FDM智能网关外壳三维设计与快速成型。
本项目从年轻人喜欢的数字生活智能家居外壳为设计载体，以快速成型为技术依托来满足年轻人最求的高速度。
因此以三维软件对智能网关外壳进行外观设计造型从而研究当代的先进制造技术—快速原型制造加工，在产品的设计开发到传统批量加工过程中起到的作用。
本项目主要研究的方向分为三部分即产品外观设计、基于FDM快速制造加工工艺、产品优化设计三大部分。
关键词：
智能家居；产品外观设计；FDM快速制造；产品优化设计
BasedonFDMintelligentgatewayshellthreedimensionaldesignandrapidprototyping
Abstract:
intelligenthouseholdhascostsaving,easytouse,highsafety,changethewayoflifeetc.Thedevelopmentofsmarthomeshouldbetosecurity,homeappliance,ITandsystemintegrationintermsofoveralldevelopment,andbasedonthecontentoftheintelligenthomenetworkinpracticalandeasytouse,humannatureisintelligencehouseholdinthedirectionofdevelopment;ButalongwiththedevelopmentandapplicationofInternet,basedontheInternetnetworkandcontrolstructureisstillthecurrentandfutureintelligenthouseholdmainstructureandmode.Moreandmorebeacceptedbyyoungpeople.Andyoungpeopleneedispersonalized,inordertomeettheyoungmanwiththefastestspeedofindividuationformost.Thereforewillhaveourresearchprojects,basedonFDMintelligentgatewayshellthreedimensionaldesignandrapidprototyping.
Thisprojectfromyoungpeoplelikedigitallifeintelligenthouseholdshellfordesignthecarrier,withrapidprototypingfortechnicalsupporttomeetthemostyoungpeopleforhighspeed.So3dsoftwareofintelligentgatewayshellforappearancedesignmodellingandstudyofcontemporaryadvancedmanufacturingtechnology-rapidprototypingmanufacturingprocessing,inproductdesignanddevelopmenttotraditionalbatchprocessingplayaroleintheprocess.
Theprojectisthemainresearchdirectionisdividedintothreepartsnamelyproductappearancedesign,basedonFDMrapidmanufacturingprocessingtechnology,productoptimizationdesignthreemost.
Keywords:
intelligenthousehold;Productappearancedesign;FDMrapidmanufacturing;Productoptimizationdesign
目录
第1章智能网关产品概述1
1.1智能家居环境简介1
1.2智能家居环境的发展趋势6
1.3智能网关的简介7
1.4智能网关设计7
1.4.1智能网关的外观设计8
1.4.2智能网关的三维设计8
第2章项目主要内容及成果9
2.1基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制造的总体设计方案9
2.1.1产品设计方案9
2.1.2技术开发的创新点9
2.2基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制造的商业模式的创新点10
2.3基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制造的可行性分析10
2.4智能网关外壳外详细实施方案10
2.4.1产品外观设计阶段10
2.4.2快速成型产品制作阶段10
2.4.3产品优化设计阶段11
2.5基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制造的成果效果图11
第3章项目特点及优势分析12
3.1基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制造的特点12
3.1.1智能网关外壳设计12
3.1.2基于FDM快速原型技术13
3.1.3可视化优化设计15
3.2智能网关外壳外三维设计与快速制造的优势分析16
第4章项目总结与瞻望18
4.1项目总结18
4.2瞻望18
致谢19
参考文献20
第1章项目建设意义
1.1国内外同类项目发展现状分析及对比
1.1.1国外同类项目研究现状
BMW集团在德国Regensburg的工厂，是德国最成功的汽车工厂之一，于2002年2月导入FDM3000ABS快速原型系统，这是前一代的FDM主力系统。
Regensburg的工厂主要生产BMW3系列的车款，为了满足工作上的需求，他们须要一台精度良好、容易操作的办公室型工程材料快速原型系统。
在MunichFIZ工厂的研究发展中心，他们已经使用雷射烧结粉末与雷射烧结粉末的快速原型系统，但是仍然在积极寻找更方便的解决方案，他们也曾经评估过紫外光照射树脂的系统以及胶水黏结粉末的系统，经过试用之后，但是都无法满足他们的需求，直到FDM的销售团队再度提到新一代的办公室型工程材料快速原型系统Vantage的TRADE-IN计画。
依据双方会议讨论，得出需求目标条件与考量基础，表示如果可以达到需求目标与考量基础，就可以计划全面导入。
需求目标如下：
1、针对人体工学应用方面的改善。
2、整体结构的创造性。
3、快速原型的材料特性需要接近工程材料。
4、能够降低制作草模的成本。
5、能够降低库存成本费用。
6、能够降低生产成本费用。
使用FDM技术的考量基础如下：
1、设备是否符合环保问题以及工作温度情形?
2、操作过程是否接触并使用挥发性化学物质进行化学变化?
3、模型是否长期精准不变形，不受环境温湿度影响?
4、模型是否能够承受硬力?
客户承蹃说，如果能满足所有需求，他们将全面导入FDM技术。
于是FDM的销售团队与客户的评估小组开始针对数个项目开始实作评估。
实作评估案例1-Emblem
图1-1FDMPC材质制作的汽车零件原型图1-2FDM原型组装相关配件
图1-3FDM原型进行实车测试图1-4FDM原型进行实车测试
实作评估案例2-CubingDevice
图1-5FDM车灯原型图1-6FDM车灯原型进行M3系列组车测试
图1-7FDM车灯原型进行M3系列组车测试图1-8FDM车灯原型进行M3系列组车测试
实作评估案例3-HeadLampTestEquipment
图1-9FDM原型制作M3系列的头灯测试设备
图1-10头灯测试设备进行M3系列实车检测
图1-11头灯测试设备进行M3系列实车检测
实作评估案例4-GaugeChecker
图1-12FDM原型制作M3系列的钣金缝隙检查规
图1-13FDM原型的钣金缝隙检查规进行实车检测
图1-14FDM原型的钣金缝隙检查规进行实车检测
经过一连串的实际测试，评估团队对于办公室型工程材料快速原型系统Vantage的效能感到非常满意。
BMW集团在德国Regensburg厂的研发单位已经决定将FDM3000升级成为最新采用伺服马达控制的Vantage系统，以达到对于高环保、高精准度与多样性工程材料的使用需求。
同时，位于德国Garching的RacingGroup也十分有兴趣采购壹台Vantage系统，目前已经进入报价阶段。
进阶的规划则是在MunichFIZ厂的研发中心也将导入办公室型工程材料快速原型系统Vantage。
总结
FDM办公室型工程材料快速原型系统采用类似射出成型的原理与立体打印机的概念来制作原型，采用物理变化，原理简单，系统稳定，机台价格便宜。
工程材料的原型强度好，尺寸稳定不受环境温湿度影响。
因为物理变化，所以没有环境污染与健康问题，广受客户喜爱。
整个操作方式如同家电一般，彷佛打印机一样，毫无难度可言，所以是目前全球出货量冠军的超人气快速原型系统。
对于BMW集团来说，在汽车开发与汽车生产的过程中，FDM技术是一项非常重要的技术，可以大幅缩短开发时间与检测时间，特别是应用于生产过程，效率奇高。
1.1.2同类项目的对比和分析
随着科技进步和全球市场一体化的形成，现在工业正面临产品的生命周期越来越短的问题，作为一种新产品开发的重要手段，快速成型能够迅速将设计思想转化为产品的现代先进制造技术。
它为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段，提高产品研发的效率。
新产品开发的设计阶段，虽然可借助设计图纸和计算机模拟，但并不能展现原型，往往难以做出正确和迅速的评价，设计师可以通过制作样机模型达列检验的目的。
传统的模型制作中主要采用的是手工制作的方法，制作工序复杂，手工制作的样机模型不仅工期长，而且很难达到外观和结构设计要求的精确尺寸，因而其检查外观及人机设计合理性的功能大打折扣。
快速成型设备制作的高精度、高品质样机与传统的手工模璎榻比较可以更直观地以支物的形式把设计师的创意反映出来，方便产品的外观造型和人机特性评价。
现在的快速成刊加工得到的成型件都足单一颜色，颜色主受由材料决定，为了对产品色彩外观进行评价，有时需费手工涂色，随着彩色成型技术的发展，这方面的问题可以解决。
人机评价主要包括成型件尺寸及操作宜人性，快速成型可以很好地满足这方面的要求。
通过快速成型制成的样机和实际产品一样是可装配的，所以它能直脱地反映出结构设计合理与否，安装的难易程度，使结构工程师可以及早发现和解决网题。
由于模具制造的费用一般很高。
比较大的模具往往价值数十万乃至几百万，如果在模具开出后发现结构不合理或其他问题，其损失可想而知。
而应用快速成型技术的样机制作可以把问题解决在开出模局之前，大大提高了产品开发的效率。
反求工程（ReverseEngineering，RE）也称逆向工程，就是用一定的测量手段对实物或模型进行测量，然后根据测量数据通过三维几何建模方法重建实物的CAD数字模型，从而实现产品设计制造过程。
对于大多数产品来说，可以在通用的二维CAD软件上设计出它们的三维模犁，但是由于对某些阴素，如对功能、工艺、外观等的考虑，一些零件的形状十分复杂，很难在CAD软件上设计出它们的文体模型，在这种情况下，可以通过对模型测屋和数据处理，获得三维实体模型。
作为一种新产品开发以及消化、吸收先进技术的蕈要手段，反求工程和快速成型技术可以胜任消化外来技术成果的要求。
对于已存在的实体模趔，可以先通过反求工程，获取模型的三维实体，经过对三维模型处理后，使用快速成型技术，实现产品的快速复制，缩短了产品开发周期，大大提高产品的开发效率。
1.2基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制造的市场应用前景分析
国家“十二五”规划出台，以物联网为代表的战略型新兴产业，将成为我国大力扶持和发展的七大战略性行业之一。
据权威机构预测，国家将在未来十年投入四万亿大力发展物联网。
作为物联网产业中不可或缺的一部分，智能家居因与实际生活贴近，成为物联网浪潮中最汹涌的一波。
目前智能家居从多点开花向星火燎原势头迈进
随着人们生活水平的不断提高，人们对居住环境不断的提出更高的要求，越来越注重家庭生活的舒适、安全与便利。
截至2010年，中国富裕家庭数量为260万户，且未来五到七年将以每年20%的速度递增，到2015年，这个数字将达到640万户（富裕家庭是指家庭年收入超过25万人民币的城市家庭）。
同时，更多的80、90后成为家庭的主心骨，对居住环境有着更高的要求。
科技、时尚、智能的生活将是未来的趋势，智能家居亦将成为必需品。
诸如装饰、装潢、灯饰、建材、工程项目、安防、电脑耗材等传统行业由于日渐成熟，竞争越来越激烈，随之带来的是市场份额的日渐稀少与利润的降低，行业整体经营惨淡！
作为与这些行业高度相关的智能家居市场则形成了鲜明的对比，行业发展如日中天，情景广阔，市场巨大，属于尚未开发的处女地。
先进入者，将占据“天时”的巨大优势，在未来的智能家居发展中摘得头筹！
因此利用FDM快速成型机制造智能家居的附带产品，是人们个性化最求，以及缩短产品上市时间的必然结果，所以基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制造的市场价值前景非常的可观。
1.3基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制造的经济效益及带动行业和社会发展生产力的效益分析
1.3.1基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制造的经济效益
目前对于智能家居行业影响比较大的政策主要有两个，首先就是国家最近两年来实施的房地产调控政策，另一个就是国家关于大力发展物联网、三网合一的政策。
最近两年来国家关于房地产发展的调控政策比较严历，从短期的角度来说，影响了智能家居产品在高端住宅精装修项目的应用。
然而，事情往往有双面性，由于以前房产供不应求，所以开发商重复建设了太多没有特点的大众化商品房，而所谓的高档楼盘，也只是停留在卖地段、卖装修、卖环境的阶段，对于真正人性化住宅智能化系统，考虑的非常少，相对于小区其他配套设备的投入比例是比较低的。
而现在由于国家房地产严控政策的出台，逼使整个房地产业重新思考自己的定位，因为只有真正具有创意与创新的房地产项目才有可能在比较疲软的市场上仍然取得较好销售业绩。
所以，一些具有更多创新精神的房地产企业开始关心智能家居，关注如何打造真正高端的人性化科技住宅，从而成就新卖点。
另一个政策就是去年初国家开始给力物联网及三网合一产业政策。
科技产业作为未来国家发展最重要的支柱产业之一，物联网与三网合一首当其冲。
物联网犹如国家级、城市级的大型智能家居系统，实现的是“物与物”之间信息互联。
从广义角来说主要实现交通、物流、运输的信息物联;智能家居系统，从另一个角度也是物联网，只是侧重于家庭内部的“物物相联”，实现家庭内部的灯光、电器、窗帘、音乐、安防、监控、可视对讲、门禁指纹等的一体化管理与控制。
物联网的兴起，推动了智能家居概念的平民化推广，同时也有利于智能家居技术的大量应用与实践，可以大大降低智能家居系统技术与研发成本，有利于智能家居行业规模化与产业化发展。
而三网合一，将加快互联网产业的更快发展，建立更高速与畅通的互联网高速公路，这对于智能家居系统来说，将创造更好的通信环境，有利于智能家居远程控制的广泛应用。
利用快速原型使得个性化的智能网关尽快上市，满足社会上的人们对智能网关的个性化追求使得该项目在国家政策的支持下和市场人们个性化需求激增的情况下使得基于FDM智能网关设计制造有了可观的经济效益
1.3.2基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制造的带动行业
基于FDM智能网关三维设计与快速成型项目的开发，使得智能家居行业不再受产品上市时间的制约，推动着着智能家居行业的发展，在带动了服务行业的发展，更带动了现代先进的制造技术，快速制造行业的发展，众说周知，服务行业需要的人员的非常庞大的和快速制造行业、智能家居行业，增加了人民的就业机会，改善了一部分民生问题。
1.3.3基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制造的社会发展生产力的效益分析
“三个代表”首要的一条就是代表中国先进生产力的发展要求。
始终代表中国先进生产力的发展要求，是中国共产党不断发展壮大的一条基本经验。
在我国进入全面建设小康社会、加快推进社会主义现代化建设的新的发展阶段，中国共产党要永葆先进性，始终走在时代前列，必须继续代表中国先进生产力的发展要求。
许多企业都会外购标准流水线用做生产，现在却逐步被自己拼装的简易柔性生产线取代。
比较而言，柔性生产线首先可节约70－90％以上的设备投资；其次，设备安装不需要专业人员，一般员工即可快速地在一个周末完成安装；第三，不需要时可以随时拆除，提高场地利用效率。
台车生产方式：
我们经常看到一个产品在制造过程中，从一条线上转移到另一条线上，移载工具就是台车。
着眼于搬动及移载过程中的损耗，有人发明了台车生产线，即在台车上完成所有的装配任务。
这样做，不仅省去了生产线，而且搬运和移载效率大大提高。
固定生产线和变动生产线方式：
根据某产品产量的变动情况，设置两类生产线，一类是满足最小批量的固定生产线，另一类用来满足变动部分的变动生产线。
通常，传统生产设备被用于固定生产线，而柔性设备或细胞生产方式被用于变动生产线。
基于FDM智能网关的三维设计与快速制造项目的发展趋势是：
生产线越来越短，越来越简，设备投资越来越少；场地利用效率越高；生产周期越来越短，交货速度越来越快；各类损耗越来越少，效率越来越高，可见该项目可以大大的降低生产成本，强化企业的竞争力。
第2章项目主要内容及成果
2.1基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制造的总体设计方案
本次项目的内容是制造出能够安装在墙上，具有实用性并且对居家生活起到装饰作用，让家变得更加的美观的智能网关外壳。
在智能网关外壳上能够显示各个房间的实时温、湿度、年月日、整点报时、闹钟提醒、以及能够显示主人喜欢的风格画面。
让它成为一件艺术品放在墙上。
本项目分为三个阶段，即产品外观设计阶段、快速原型产品制作阶段、产品优化设计阶段。
2.1.1产品设计方案
小巧大方比例融洽以房子简图的设计外形，更能够体现出smarthome的核心部件外壳体现出的功能和作用，在家里面有一种温馨的感觉，并在室内墙上起到装饰的效果。
设计三维外观如图2-1。
图2-1智能网关的组装三维图
2.1.2技术开发的创新点
本项目用到的技术，柔性技术—FDM快速制造技术、三维产品快速实体转化技术、可视化优化设计技术、后处理技术、在制造技术，本项目的技术开发创新点在于，利用智能网关外壳依托，将快速制造技术、分成技术、可视化优化设计技术、后处理技术和在制造技术有机的融合在一起，目前在国内处于前沿。
2.2基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制造的商业模式的创新点
第一，基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制造更注重从客户的角度，从根本上“客户价值最大化”是商业模式主观追求目标思考设计企业的行为，视角更为外向和开放，更多注重和涉及企业经济方面的因素。
直接利用快速原型机制造面对不同的客户制造与之相对应的个性化的产品投放市场，减少的产品投放市场的时间，赚钱更多的价值。
第二，服务商业模式的创新，我们会在设计之前联系客户，根据客户的信息提供相应的设计产品，来达到客户对个性化、品味、唯一化的最求。
从而达到一对一的服务。
创造更多的价值。
第三，降低产品的开发成本，由于快速原型制造是柔性制造技术，因此不需要多台设备的加工，从而降低了加工的成本，减少了加工的时间。
常给企业带来战略性的竞争优势，而且优势常可以持续数年。
2.3基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制造的可行性分析
基于FDM智能网关外壳三维设计与快速原型制造项目实施可行性分析，学校快速原型实验室拥有一台INSPIRES250快速原型机一台、ABS材料若干，后处理工具齐全，分成软件安装到位，三维设计软件熟练使用，为本项目提供了资源和部分技术支持。
使得该项目在我们学校开展提供了可行性。
2.4智能网关外壳外详细实施方案
本项目分为三个阶段，即产品外观设计阶段、快速原型产品制作阶段、产品优化设计阶段。
2.4.1产品外观设计阶段
任务：
学习智能家居在居家生活中的作用，掌握智能网关在智能家居中的运用方式；构造出智能网关外壳设计理念；学习产品外观设计；利用Pro/E、UG、SolidWorks或CAD等三维设计软件画出三维实体智能网关外壳；学习分成软件ModelWizard的操作界面；着手学习基于FDM快速原型INSPIRES250型号机器的使用。
目标：
画出高水准的并且用于居家装饰的三维实体智能网关外壳。
2.4.2快速成型产品制作阶段
任务：
熟练掌握分成软件ModelWizard的使用；掌握基于FDM快速原型INSPIRES250型号机器的使用以及简单的维护；学习快速原型在现代设计中的运用；学习基于FDM快速原型INSPIRES250型号机器基本的工作过程；利用快速原型设备制造出智能网关外壳；着手学习产品的优化设计。
目标：
制造出智能网关外壳实体，并对制造出的产品进行作色。
2.4.3产品优化设计阶段
任务：
熟练掌握产品的可视化优化设计；对智能网关外壳进行可视化优化设计。
制造出具有装饰作用的智能网关外壳。
目标：
制造出具有装饰作用的智能网关外壳。
2.5基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制造的成果效果图
第3章项目特点及优势分析
3.1基于FDM智能网关外壳三维设计与快速制造的特点
本项目的特点体现在一下三个方面即产品设计、快速制造、优化设计者三个方向。
3.1.1智能网关外壳设计
智能网关的外观设计。
以第一代智能网关为样品，着手进行设计，第一代智能网关的组成主要有两部分，一部分是智能网关底座，另一部分是智能网关上盖，而我们所设计的智能网关就是在第一代产品上进行改进，使功能更加强大，外形更加美观，用途更加广泛。
1、根据自己的设计思路，首先得确定智能网关的外形尺寸，以便于适合快速原型
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