周秋文:一个广州高中生的科研梦

2019-12-31 10:44:15 来源:白鹿网

上图:周秋文(右)

(核心提示:日前,从广州外语外贸大学附属外语学校科研组传出消息,该校科研组成员、高三(重点)魔星2班学生周秋文经过近两年的研发和优化,终于成功开发出一款“剪叉升降式3d打印机”,并已向专利部门递交了三项专利申报,包括3D打印用设备抗震结构;激光雕刻机用放置托架以及用于3D打印机升降台。)

据了解,周秋文研发出来的“剪叉升降式3d打印机”,在比较传统3D打印机,它不仅在结构可以压缩成平面状,无需拆卸方便携带,而且可以换上激光雕刻头,变身激光雕刻机。业内专家表示,周秋文同学所研发的这项结构性技术,将为传统3D打印机结构提供新的产品研发思路,具有较高的实际应用价值,或使中国3D产业受益。对此,记者采访了这位有着科研梦的周秋文同学。

出生00后的周秋文来自东莞长安镇,在学校,他不仅是学校电教管理员、学生会宣传部成员,也是学校科研组成员。

实际上,在三年前,周秋文同学就第一次结合机械加工手艺和电子元气件的知识,自主加工打造了全金属铝制cnc数控雕刻机。两年前又自主设计加工打造出了3d打印机。通过不断改良,今年终于研发出这款“剪叉升降式3d打印机”,基本达到了设计理念。

谈起自已的发明之路,周秋文有些感叹。“我从小对机械电子感兴趣,并在早年就开始接触各种工具和手工制作,在开始接触到现在的5年时间里,在中学期间接触并掌握了电钻,角磨机,台锯,台钻等工具的使用,掌握了切割、打孔、打磨、抛光、攻丝等机械技能,并尝试自己加工制造一些用品,在学习和摸索中掌握了弓箭,刀具,木工器械的制作手艺和工序。”

进入高中后周秋文开始着手尝试金属的加工和对电子元气的学习。3年前,第一次结合机械加工手艺和电子元气件的知识,尝试自主设计,自主加工打造了全金属铝制cnc数控雕刻机。

在此经验基础上,他开始着手研究3d打印机的制作,在完成雕刻机的1年后,利用网络上的软件和开源的固件,同样的情况下,自主设计加工打造出了3d打印机。

刚打造的样机却漏洞百出,在机械结构上有很多的问题,比如结构稳定性差、运动震动大、精度低,还有一些功能还没有实现,为了完善打印机的构造,解决打印机的结构上的问题,在接下来的一年内,周秋文系统地研究了关于3d打印机的知识,从3d打印机的配置,价位,结构等,并尝试总结了市面上所有的主流3d打印机的结构,归纳了各种结构的优点和特点,了解各自的制作工艺。

在了解的过程中有过一个联想,其思路就是将3d打印机和升降台的结构进行结合,但是原初的设计有一部分的运动是不均匀的,受限于对电脑程序改造的能力,当时并不能实现控制。后面经过网络的查找,找到了有匀速均匀的结构设计但其结构不能符合打印机的要求,后面又想通过从几何的方法找到均匀运动的方法,但也不能实现。

这个想法就被放到一边,几个月后,在手机上看到最近比较热门的线悬浮结构又叫拉张结构,就这种思路用在结构上就可以解决问题,用弹簧和皮带组成拉张结构,在通过控制皮带就可以实现均匀的运动。解决了这个问题,理论是结构就可以实现,后面通过参考剪叉式升降台的结构,在几天时间内通过数张草稿纸上绘图和通过实物对比确定了零件的尺寸,因为对电脑设计的不精,导致无法考虑到每一个问题,所以只能留到遇到了问题再当场解决。

零件收起后,占用了2天的周末,总耗时接近20个小时时间,加工组装完成了打印机的构造,和设想的大体一致。这个结构最大的吸引点就是体积小,传统的3d打印机是块状的,而这种结构可以压缩到平面状,方便携带而且不需要拆卸。由于设计和做工不足,体积距离设想的压缩程度还有一定距离,但与相同的打印面积和功能的相比,体积也缩小了一半。这种结构理论上可以将高度缩小到10cm以下,比一台手机立起来的高度还低,体积可以小到1/4。3d打印机可以实现,与打印机原理相同的雕刻机自然也可以实现,利用相同的原理,将3d打印机结构的一半摘取出来,换上激光雕刻头,就实现了激光雕刻机。这种结构是垂直运动的,平面占地面积小,而且利用升降台的结构可以压缩垂直方向的高度,进一部压缩体积。3d打印机是从块状到平面,雕刻机则是从平面到一根杆子,更加轻便便捷。

目前正在进行的是进一步探究3d打印机的内容,并学习更多其背后的硬件、软件的知识,同时对加工的手艺的精度也要有进一步的提升。

对于自已的发明,周秋文表示:灵感源于生活、源于观察、源于经验,看似毫不相关的实物却能给予灵感,唯有更加见多识广才能有更多的创新。(伟力)

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