OmniPlug

学校：卑尔根县学院，哈肯萨克。NJ讲师：Joseph Defalco美国目前的插座设计存在缺陷。目前的设计存在许多安全性和易用性问题。例如，插上电源插头后，插座插脚仍会被触碰，这会给可能意外触碰插脚的人带来电气危险和安全危险。此外，许多插头的极性意味着它通常只能以一种方式插入。此外，为了插入电缆，对齐必须完全正确，这意味着在光线较暗的情况下无法插入电缆。我的设计是为一种新型的插座，连接磁性。插座的环形结构意味着电缆可以在任何方向插入。插座和插头中的磁铁意味着，当插头靠近插座时，插头会自动对齐。此外，OmniPlug比美国插座安全得多。因为插座完全从表面插入，所以在电源流动时，电线从不外露。此外，我的插座包含用于状态检测的额外触点。墙上的电源只有在插入插头时才会流过插座，插头由继电器和插座内的5V调节器启用，如图和组件文件所示。最终，OmniPlug解决了每天困扰我们生活多次的问题，是传统美国墙上插座的更安全、更易于使用的替代品。由于目前还没有针对磁性插座的商业解决方案，这种设计是一种新的插座概念，也是人类通过电源连接系统进步的又一次迭代。OmniPlug可能使用许多不同的潜在3D打印技术，从FDM到SLA、SLS和PolyJet。每种技术都有其独特的优势。SLA允许创建非常精确的高质量零件，而SLS能够在无支架的情况下打印，因为未烧结粉末允许零件的自支撑。此外，PolyJet能够处理多种材料。然而，无论是高精度还是自给自足都是不必要的，也不值得为使用这些打印技术而付出额外的成本和麻烦。相反，FDM能够实现大部分相同的目标，同时仍然能够保持相对低廉的价格并向公众开放。OmniPlug可以使用FDM技术打印，材料多种多样。然而，为了提高耐温性，我会选择ABS作为材料，因为电气箱的安全性是最重要的。该模型可通过支撑结构进行打印，如打印程序的屏幕截图所示。如有必要，可使用水溶性长丝（PVA）制作支架，以便于拆卸。模型的缩短版本已经打印出来，并且可以打印表面特征（接触点）。设计OmniPlug时必须考虑许多因素。首先，尺寸由电气箱中电源插座/开关的正常尺寸确定。根据电气箱的平均尺寸确定了最大深度，并留有一些空间以确保易于接线。这意味着OmniPlug的尺寸约为33.4 mm x 106.2 mm。接下来，必须选择孔径。该尺寸还受到电气箱和插座本身尺寸的限制。为了在电源插座的两侧留出足够的间隙，以免显得尴尬，从电源插座的宽度上减去了大约一厘米。另一个设计考虑是易于插入电源线。为确保无需完全正确对齐，在每个出口的侧面添加了一个锥角。之后，是时候设计实际的连接接口了。传输电源需要三个触点：接地、热触点和中性触点。此外，只有在连接电缆时，才需要另一个接触点来输送电力。在这里，安全是最重要的，因此接地连接器设计为始终先连接，后断开。这是通过确保接地连接比其他接触点浅1mm（远大于FDM层高度）来实现的。插头上的触点是弹簧加载的，因此接地连接器能够首先接触。此外，接地连接宽约0.5 mm，允许通过接地的电流大于通过其他触点的电流，以提高电气故障时的安全性。还考虑了导线宽度。最小接触点的宽度约为3 mm。这意味着3毫米宽的电缆（9 AWG）可以为每个触点供电。最保守的估计是，铜线的最高温度为80摄氏度，允许65安培的最大电流流过铜线。这是足够的，因为120 V电流允许120 V*86 A=7800 W的电流通过连接器，这远远大于继电器的2400 W额定值。这意味着每个插头可以提供高达2400瓦的电能，即使是最密集型的家用电器也足够了。为了确保设计易于3D打印，添加了尽可能少的悬垂部分。这就是为什么OmniPlug的设计是一个基本的盒子，与通常在其他电源插座中看到的更复杂的形状相比，它更易于打印。然而，只保留了不可避免的突出部分，如每边上的金属连接件。此外，层高度也得到了尊重。要解决的最小z高度差是接地连接器，其高度约为1 mm。这使得3D打印机能够轻松打印此模型。将来，OmniPlug甚至可以使用FDM或其他3D打印技术制造。3D打印技术具有极大的潜力，可以推动制造业的发展，从产品创意的产生一直到生产。首先，3D打印允许快速、准确和廉价的产品原型。这使得原型制作过程得以加速，并且不易出错，因为当一个精确的原型可用时，错误很容易被发现。许多大公司似乎也有类似的想法，因为他们的设计实验室通常包含3D打印机（微软、苹果等）。此外，3D打印允许轻松完成复杂的制造。有些零件过于复杂，无法用传统制造技术（如注塑）制造。例如，能够旋转的联锁3D形状的集合对于注塑模具来说是极其困难的，甚至是不可能的，但是许多3D打印技术能够生产它。然而，3D打印机是有用的，即使它们不能完全取代整个制造链。由于传统的制造技术通常有很长的周转时间，一些时间线可能无法满足。然而，称为桥接制造的概念允许3D打印机和其他制造技术一起工作。这一概念要求使用3D打印机在短时间内制造零件，并在可用后过渡到其他制造技术。这样可以轻松满足紧迫的截止日期，确保客户满意。最近的一个例子可以在Ultimaker中看到，他们在Ultimaker 3.3D打印机上进行了改进的卷筒支架桥接制造，使他们能够满足产品发布的最后期限。最后，3D打印机在整个产品创建过程中都非常有用，无论其参与程度如何