研制磁懸浮切割機(jī)
3月2日，記者在文浩家中看到，一個(gè)規(guī)格約1平米的正方形機(jī)器被擺放在客廳內(nèi)，泛黃色的燈光透過玻璃照射出來，科技?xì)庀⑹恪＿@就是“磁懸浮數(shù)控激光切割機(jī)”。別小看這一平米的機(jī)器，麻雀雖小五臟俱全，整臺(tái)機(jī)器由磁懸浮系統(tǒng)、導(dǎo)軌、二氧化碳激光管、有機(jī)玻璃制作的載物架、液態(tài)散熱系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等構(gòu)件組成。
在現(xiàn)場，文浩在電腦屏幕前操控?cái)?shù)控系統(tǒng)，開始展示他的小發(fā)明。機(jī)器啟動(dòng)后，漂浮在空中的激光頭，根據(jù)預(yù)定的路線對(duì)有機(jī)玻璃進(jìn)行切割。很快，一個(gè)“心”字型的玻璃片被切割出來。文浩說，這一機(jī)械稍微改進(jìn)，可以在磁懸浮系統(tǒng)下方增設(shè)3D打印功能。
磁懸浮數(shù)控激光切割機(jī)的原理，是利用磁懸浮系統(tǒng)使激光頭達(dá)到懸浮狀態(tài)，通過底座XY軸移動(dòng)，帶動(dòng)激光頭根據(jù)指定的軌跡運(yùn)行。激光頭通過三道程序的反光，讓激光到達(dá)聚光鏡，對(duì)物體進(jìn)行切割。該機(jī)器經(jīng)改進(jìn)后，可投入到工業(yè)模具如有機(jī)玻璃、皮革等物料的切割和生產(chǎn)當(dāng)中。
與當(dāng)今市面上的數(shù)控激光切割機(jī)相比，“磁懸浮數(shù)控激光切割機(jī)”的切割面幅可以無限延伸，懸浮在空中的激光頭可隨心所欲地行走，不受邊界控制。切割面積更寬、作業(yè)效率更高。懸浮的特性還可減少機(jī)械磨損。
已有發(fā)明投入市場應(yīng)用
說起發(fā)明“磁懸浮數(shù)控激光切割機(jī)”的初衷，文浩說，他從小就喜愛上發(fā)明、制作，并且比較注重發(fā)明的實(shí)用性及現(xiàn)實(shí)意義。
2013年10月18日，文浩摸索出了“基于Aricloud模式互云網(wǎng)服務(wù)架框開發(fā)搭建”，只要有網(wǎng)絡(luò)，用戶可以通過手機(jī)、平板、PC隨時(shí)隨地在線進(jìn)入他們的云系統(tǒng)。
2015年，文浩又發(fā)明了“雙頻諧振耦合無線輸電裝置”，通過無線鏈接輸電，給手機(jī)及其他家用電器供電。在當(dāng)年的第30屆廣東省青少年科技創(chuàng)新大賽上，這一作品項(xiàng)目榮獲一等獎(jiǎng)、廣東工業(yè)大學(xué)校長創(chuàng)新獎(jiǎng)和專利申請(qǐng)獎(jiǎng)等三項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)，并被省科協(xié)選送參加第30屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽。
文浩發(fā)明的“雙頻諧振耦合無線輸電裝置”，讓他在業(yè)內(nèi)小有名氣。2015年，廣東一家研發(fā)磁懸浮的公司看中了這一無線輸電技術(shù)，該公司的負(fù)責(zé)人找到文浩，希望和文浩取得合作，提供技術(shù)支持，將磁懸浮系統(tǒng)和無線輸電相結(jié)合，生產(chǎn)磁懸浮音響、地球儀、臺(tái)燈、懸浮盆栽等工藝品。目前，一部分產(chǎn)品已經(jīng)通過國家及美國的輻射強(qiáng)制認(rèn)證，并且在市面上銷售，文浩也得到了一筆相應(yīng)的回報(bào)。
去年，在和該家公司多次溝通過程中，文浩獲得了發(fā)明創(chuàng)作靈感，在利用磁懸浮系統(tǒng)和無線輸電相結(jié)合基礎(chǔ)上，發(fā)明一款“磁懸浮數(shù)控激光切割機(jī)”，試圖應(yīng)用到工業(yè)制造方面。
課余“充電”攻克難關(guān)
今年18歲的文浩看起來有一些清瘦，眼神專注，如果沒有與他交談，很難發(fā)現(xiàn)他和普通高中生的區(qū)別。不過，當(dāng)談?wù)摰诫娔X、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)時(shí)，他口若懸河，蹦出一堆專業(yè)術(shù)語。很難想象，這是一名18歲高中生所涉及的知識(shí)范圍。
為了讓“磁懸浮數(shù)控激光切割機(jī)”理念成為現(xiàn)實(shí)，從去年8月份開始，文浩通過上網(wǎng)查閱資料、購買專業(yè)書籍，甚至到國外網(wǎng)站學(xué)習(xí)、摸索，初步制定了方案。文浩說，一開始，他采用一個(gè)磁懸浮系統(tǒng)，在浮盤上方加上激光頭裝置，但他很快發(fā)現(xiàn)，激光頭不能橫向移動(dòng)，并且自轉(zhuǎn)非常厲害。“這是磁懸浮系統(tǒng)的特性，浮盤會(huì)不斷尋找零點(diǎn)，產(chǎn)生自轉(zhuǎn)。”
為了增加磁懸浮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，文浩采用兩個(gè)磁懸浮系統(tǒng)，并用亞克力將其固定，但問題仍沒有得到解決，被固定后的磁鐵不能歸零，導(dǎo)致電流增大，系統(tǒng)被燒毀了。文浩又想出了一套方案，用潤滑油涂在磁鐵上方，不過進(jìn)行老化測試時(shí)，一個(gè)星期后潤滑油被擠出來，系統(tǒng)又被燒壞了。
要尋找突破口，最好的方法是給自己“充電”。文浩利用周六日時(shí)間，上國外網(wǎng)站搜索材料，結(jié)合自己高中所學(xué)的物理知識(shí)，終于悟到了其中的玄機(jī)。采用螺母墊片原理，解決了磁懸浮尋找歸零的問題，激光頭的抖動(dòng)最終得到解決。該機(jī)器的切割精密度達(dá)到128細(xì)分，而傳統(tǒng)的切割機(jī)普遍在16或32細(xì)分。
從理念到現(xiàn)實(shí)，文浩的這一發(fā)明僅用了5個(gè)月時(shí)間。“現(xiàn)在系統(tǒng)還未接近完美，還要進(jìn)一步解決激光頭作業(yè)時(shí)的慣性問題，偶爾會(huì)出現(xiàn)輕微抖動(dòng)，如果要試產(chǎn)應(yīng)用還需要改進(jìn)，已做出解決方案。”文浩說，目前這一項(xiàng)發(fā)明已申請(qǐng)了專利。
將參加“創(chuàng)客大賽”
提到研發(fā)“磁懸浮數(shù)控激光切割機(jī)”過程的辛酸苦辣。文浩說，為了尋找重量輕、硬度強(qiáng)的導(dǎo)軌，他前后共找了8家模具工廠。在接近絕望時(shí)，行內(nèi)朋友向他推薦了一家生產(chǎn)機(jī)床模具公司。文浩制作產(chǎn)品規(guī)格圖紙發(fā)送給該公司定制，才解決了這一個(gè)問題。
通過電腦端的數(shù)控系統(tǒng)控制激光頭的運(yùn)行方向，這是數(shù)控激光切割機(jī)的運(yùn)作原理，當(dāng)增設(shè)磁懸浮系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)與磁懸浮水土不服的問題。所以，數(shù)控系統(tǒng)必須要進(jìn)一步優(yōu)化。“要優(yōu)化的代碼有1000段，也就是說我要一步一個(gè)腳印，重新編寫1000段代碼。這個(gè)功夫可不小。那段時(shí)間，放學(xué)后到家了，我都在埋頭寫代碼。前后共花了一個(gè)多星期時(shí)間。”文浩說，“為了研發(fā)這臺(tái)機(jī)器，有時(shí)候忙碌到凌晨2點(diǎn)鐘才入睡。”
今年1月份，文浩發(fā)明的“磁懸浮數(shù)控激光切割機(jī)”獲得湛江市第31屆青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)。今年5月，他將受邀到深圳參加教育部舉辦的中美青年創(chuàng)客大賽。
曾有一家科技公司邀請(qǐng)文浩大批量研發(fā)產(chǎn)品，并給予豐厚的報(bào)酬；去年重慶醫(yī)科大學(xué)向他伸來橄欖枝，希望特招入學(xué)。不過，文浩經(jīng)過多方考慮都拒絕了。對(duì)于文浩的發(fā)明愛好，其家人希望，他應(yīng)多放點(diǎn)心思在學(xué)業(yè)上。“我家人還是希望我先念完高中，考上一所較好的大學(xué)，研發(fā)的路子還長著呢。”文浩說。
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