创想智造3D打印手板模型加工

标题: 2012年获奖作品 - Stratasys 极限二次设计3D打印挑战赛 [打印本页]

作者: 创客 时间: 2014-5-19 17:52
标题: 2012年获奖作品 - Stratasys 极限二次设计3D打印挑战赛
2012 年大学工程设计类

第一名：Pravaah - 持续供水式手压泵

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Akshay Gautam 和 Gaurav Singh
印度贾巴尔普尔
印度信息学院
技术设计与制造

频繁的断电和随之而来的用水问题是否令您烦恼不已？

在这里，我们将呈现一件手压泵设计作品，它不仅能持续供水并为您节省水电费，而且还能在抽水阶段供水。

此设计需克服的挑战是，实现往复式手压泵的持续供水功能，而对传统往复式手压泵的流行设计进行一些修改即可做到这点。

特点：

上下活塞冲程中均可供水。双缸泵设计实现上下冲程供水，因此减少了人的能量耗费。
完全装配式钢结构，充分热浸镀锌处理。
非腐蚀性地下组件，可应对腐蚀性水，使用寿命更长。在实地条件下性能稳定可靠，具有经济效益，初级用户也能轻松进行维护。

工作原理：

在抽水阶段，该手压泵的工作原理与传统手压泵的原理相似，而对于获得水的其他阶段，则会使用到浮力定律。

它解决了持续获得水流的问题，并且提供用户友好型设计。

第二名：Diabetic Testing Station

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Zahraa Bazzi、Abrar Wazir、Stanley Marek
密歇根州迪尔伯恩
韦恩州立大学

Diabetic Testing Station (DTS) 是一个可帮助用户测试血糖水平的设备。DTS 的主要目的不是取代用户目前所用的血糖仪和刺血笔，而是提供一种涵盖其所有设备的产品。总体目标是取代截肢者看护人的工作，让用户更加自力更生。

DTS 的设计初衷是为了给截去一只手臂但渴望自立的糖尿病患者提供方便。不过，为了满足任何潜在用户的需求，我们对这一构想进行了扩展。此设备质量轻便、便于携带，单手即可轻松使用，而且经济实惠。类似的机械设备存在的问题是价格高昂，然而我们的设备采用手动设计，操作简单、经济实惠，可与用户自己的设备轻松联用。

此设备牢固地固定在一个大吸盘上。设备手臂下关节连接吸盘，上关节则连接板。下关节用于调节设备的高度，上关节则用于调节板的角度。板最右侧是尼龙魔术带，用户可放一个清洁擦便于测试前使用。为了方便使用，血糖仪放在板左侧的通用底座上。设备底部则放刺血笔笔夹，用于固定通过压力激活的刺血笔。

DTS 的原型由可轻松获得的材料组合而成，可测试其有效性。随附使用手册，说明原型的使用方法。

第三名：左右手均适用的剪刀

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Isabell Boqvist
瑞典吕勒奥
吕勒奥理工大学

现今市场上已经有同时适用于左手和右手用户的剪刀。我对这些剪刀进行分析后发现，它们只在手把上进行了左右手区分，没有顾及刀片。有人可能认为无论使用左手或右手，刀片的工作原理都是一样的。但事实并非如此，因为手施加的压力会影响剪裁。对于右手用剪刀，下剪刀片需在右侧，左手用剪刀则相反。为了方便使用者左右手并用剪刀，需要调整刀片。

我的解决方案是设计可拆卸的手柄和可反转的刀片。剪刀手柄通过按钮安装固定。当需要将剪刀从右手用调为左手用时，可轻松分开手柄与刀片。将刀片反转后，再将手柄安装在刀片上。刀片和手柄按颜色编码，避免混淆。绿色表示右手，橙色则表示左手。

现在，家庭或学校中左右手并用的人终于可以买到好用的通用型剪刀了。

作者: 创客 时间: 2014-5-19 17:57
2012 年艺术与建筑类获奖作品

第一名：沙漠玫瑰

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Kyle Whybrew
佛罗里达州格兰特
中佛罗里达大学

市场上几乎没有适合我妈妈的礼物，而我又不怎么有创造力，经常为制作称心的礼物而犯难。她坚持要我自己设计礼物，而设计出来的东西要只有她才懂得欣赏。不过，我很幸运。今年我所在的学校引进了一台 3D 打印机。到目前为止，这台打印机所打印的都是些简单的棱形物品和压制品。为了寻找挑战，我决定创造一个将严格考验打印机功能的形状。我力求设计的模型没有平整表面、没有直边，且具有薄而复杂的外观特性。最终，在大自然界探寻一番后，我决定设计一朵花。啊哈！这就是我的解决方案。它将规避我的不足或艺术技能；我可以用 3D 打印机创作我的设计作品。而且，我还能够用我的作品 — 一件真正值得欣赏的作品来取悦我妈妈。3D 打印机毫不费力地制作出了这朵花。它通过了我的测试。我给成型的花朵涂上颜色，然后将它安装在一个盆状木基座上。

第二名：社区式图书馆

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Alex Tseng
德克萨斯州休斯顿
莱斯大学

该图书馆的设计灵感源于对传统图书馆的研究调查以及如何将其重建为一个二十一世纪小型社区。传统图书馆划分为多个不同的功能区，并以长长的走廊将不连贯的空间隔开。经过重新设计的图书馆内部一进去便是一个连续空间，里面包括三个核心区域，并有以下服务设施：媒体实验室、消防梯、主厕和管理处。主楼层构建为功能区的外接层形式，用户可以顺畅地穿梭于多个功能区层之间，与不同群体互动。将各个协作区域布置在图书馆中央可以促进大家的沟通交流。该图书馆还去除了室内外的传统界限，内外周界采用可视化连接设计，为社区提供户外阅读空间，从户外高至屋顶处到室内然后回到户外，创造一个连续的循环回路，尽量为室内和社区的人们提供沟通会面的机会。

第三名：绿色艺术

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Christina-Maria Agape 和 Robert-Sebastian Dron
罗马尼亚德罗贝塔
Palatul Copiilor si Elevilor Drobeta Turnu Severin

现今使用的大多数普通风车都有水平轴风力发电机 (HAWT) 并且安装于居住区外。这些风力发电机就像飞机螺旋桨，而且比垂直轴风力发电机 (VAWT) 效率更高。1922 年，芬兰工程师 S. J. Savonius 曾设计了一个垂直轴风力发电机。该发电机在立轴上安装了两个半圆柱。虽然 Savonius 式风力发电机不如 HAWT 高效，但是却具备某些优点：制造过程简单，能够接受任何方向的风。Savonius 式风力发电机比 HAWT 更适合用于城市环境。但是，其中至少存在一个大问题：此风力发电机缺乏美感。

为了打造一个更美观的风力发电机，创造一件在风中自由旋转的艺术品，我们试着对 Savonius 式风力发电机进行改造。为此，我们围绕转子的转轴改变了 Savonius 风力发电机的设计。最后使其成为一个螺旋形风力机，外观比原来的设计更美。而且，我们觉得新设计的风力机噪音更小，即使在风速较低时也能运行良好。

螺旋形 Savonius 式风轮安装在市区，有助于我们发电，而且还可以成为节能的艺术标志。

作者: 创客 时间: 2014-5-19 18:01
2012 年中学工程设计类

第一名：Pro Sump

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Nicholas Pio
加利福尼亚州唐尼
沃伦高中

目前普通航空业用于检查燃料的燃料测试器存在几大问题。第一个问题是，从机翼处获取燃料样品时，可能会滴落一些在您的双手和手臂上。另一个问题是，有时难以分辨燃料的颜色。最大的问题是，航空燃料含铅，通常在倒出燃料时会污染环境，而且燃料价格高昂，易浪费汽油。

为了解决这些问题，我发明了 ProSump。这个杯子的顶部有一个圆锥体，可以让燃料通过漏斗流入杯中，防止燃料滴落在手上或手臂上。

杯体的一半呈白色背景，可轻松分辨燃料的颜色。杯子还设计有回油功能，只需按下按钮即可让燃油轻松返回飞机油箱而不造成浪费。此外，杯子容量很大，可以检查任何排出量的燃油。由此更轻松地完成飞行前检查，确保普通航空业更安全。

第二名：对角分层魔方

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Quentin Torgerson
宾夕法尼亚州马斯
马斯高中

魔方于二十世纪七十年代问世，当时是一种令人困惑的谜题，因为仅有很少一部分人能破解它。如今，市面上广泛公布了多个解开谜题的方法，任何人都可以轻松记住并熟练掌握。通过某些方法，有人甚至能够在十秒内便破解魔方。多年以来，魔方已经从一种问题解决技能转变为一项依照指示和记忆的任务。

我的目标是将魔方重新变回原来的谜题。我的方法是：在原有的 x、y、z 轴的基础上增加一个对角旋转，为原设计增添更大的自由度。额外的自由度和更多的小方块大大增加了谜题可能的组合数量。另外，由于这是一个新谜题，因此没有破解谜题的在线教程，人们必须自己动脑破解。这将是一个真正的问题解决能力测试。

实现对角旋转必须进行四大修改。

须分离 x、y、z 轴的原始核心，并增加一个旋转点。
沿着对角分层的中心方块须分成两个方块。
必须找到两个分离的中心块与核心之间的连接方法。
每个角块须分为六个方块。
每个边块须分为两个方块。

我的对角分层魔方无需预先安装螺钉即可打印，但是我认为螺钉可以让魔方移动更轻松、更耐用。我还曾顾虑可能无法移除紧贴的复杂方块内部的所有支撑。

第三名：砂/盐投撒器

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Erik Fredrickson
新罕布什尔州沃尔夫伯勒
金斯伍德高中

我选择重新设计的产品是卡车车尾的砂/盐投撒器。这个大小的卡车的几乎所有撒砂器都利用链传动转换系统向旋转器传送砂石。该系统一直存在多个问题。第一个问题是，由于拉动过程中的磨损以及在撒盐过程中盐会侵蚀钢材，因此链条和链齿轮每隔一年就会磨坏。另一个问题是，链条沾上水后会冻结，而且需待冰融化后才能使用撒砂器。我要解决的最后一个问题是，大多数撒砂器都使用小型伺服电动机进行操作。在淡季，由于这些伺服电动机的化油器会堵塞，维护起来十分困难，而且运行到一半就会停下来，使用过程中需要不断修理。

在我的设计作品中，我使用螺旋钻和电动机来解决这些问题。我选择使用螺旋钻配置将砂石传送到旋转器的传送系统是因为，螺旋钻不易磨损，而且速度几乎与链条一样快。选择螺旋钻的另一个原因是，它由不锈钢制成，可防止被盐侵蚀而生锈。螺旋钻不会产生冻结，因为它没有链环，所以流进来的水不会冻结。这一自身特点优于大多数撒砂器的构造，另外我还解决了伺服电动机的问题。

我使用电动机为螺旋钻和双转子电动机提供动力。这些电动机为直驱电机，没有齿轮或离合器，因此不用担心磨损问题，而且使用简便的安全销保护，防止因故发生问题时电动机被烧坏。我决定使用电动机是因为，在淡季它不会像伺服电动机一样出现故障。此外，使用两个电动机代替一个伺服电动机，用户可以独立控制旋转器和螺旋钻的速度，充分控制撒料过程，实现完美的撒砂作业。在考虑如何使电动机与运动部件连接时，我选择使用简单的直驱系统，因为它设计简单，比起故障点众多的复杂传动系统始终要可靠得多。这还使撒砂器更容易维护、诊断问题，并能在工作中轻松进行修理，使承包商增加盈利。

作者: 创客 时间: 2014-5-19 18:06
2012 年校风 - 额外奖励类别获奖作品 (2)

Tigre's Bot

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Tyler Kilgore
俄亥俄州曼斯菲尔德
曼斯菲尔德高中

啤酒杯二次设计

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Joseph Huser
奥克拉荷马州斯蒂尔沃特
奥克拉荷马州立大学

我选择重新设计的产品是传统的啤酒杯。我所说的传统啤酒杯是指大的马克杯，这种杯子通常有一个大金属封盖用以防止污染物，从历史角度讲，这种杯子有助于防止疾病传播并降低被下毒的风险。选择这种杯子是因为其设计相对简单，可加以创造性定制。我在传统啤酒杯上发现的最大问题是，揭示饮料品类的拇指柄通常在玻璃杯上很高的地方。对于手小的人来说，要揭开盖子比较困难。为了解决该问题，我构想了几个创意，不过最好的办法是设计一个较低的拇指钩。此目的是缩短伸手打开盖子的总距离，同时保留原有的手柄，方便手较大的人以通常的方式打开杯盖。该设计可以让我们更轻松地打开容器，从而消除同时用双手打开杯子的问题。

出于定制目的，我决定将我的设计投入额外奖励类别。杯子的手柄上刻有“Oklahoma State University, Mechanical Engineering Tech.”（奥克拉荷马州立大学，机械工程技术）的字样，充分彰显校风。另外，我将杯盖的形状改变成了牛仔帽的形状。奥克拉荷马州立大学的吉祥物是 Pistol Pete，这点您可能知道，也可能不甚了解，所以我选择了更加广为流传的牛仔。拇指杆上还刻有“Go Pokes”（一种加油口号）字样。选用牛仔的想法来自“cowpoke”（牛仔）一词，或者是因为以放牧像牛之类的动物为生的人便称为牛仔。体现校风的最后一处设计是拇指延长部件本身，它被做成通常可以在鞍具上看到的马镫的模样。马镫不仅代表骑着马的牛仔，还代表 Pistol Pete 的马 Bullet。自 1984 年开始，这匹马在我们的所有主场球赛上都有亮相，而且已经成为学校的精神象征。这些特征使我的产品不仅成为很好的二次设计作品，而且还是一件展示奥克拉荷马州立大学校风和传统的卓越展品。

装配说明。

将杯盖定位，使顶部盖住杯子，滑动手柄钩下方的底栓，将杯盖固定在杯子顶部。
现在，取出马镫形状的延长部件，将其按压进拇指杆顶部的槽口中。
享用啤酒杯

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