近日，湛江市小發(fā)明家，高二在讀學生文浩發(fā)明了一款“磁懸浮數(shù)控激光切割機”，這是繼他所研發(fā)的“基于Aricloud模式互云網(wǎng)服務架框開發(fā)搭建”、“雙頻諧振耦合無線輸電裝置”之后的第三個項目。據(jù)了解，文浩的發(fā)明曾獲省賽金獎，其產(chǎn)品已投入市場使用。他將受邀參加今年5月由教育部主辦的中美青年創(chuàng)客大賽。
投入研發(fā)時，文浩的眼神極為專注。
研制磁懸浮切割機
3月2日，記者在文浩家中看到，一個規(guī)格約1平米的正方形機器被擺放在客廳內(nèi)，泛黃色的燈光透過玻璃照射出來，科技氣息十足。這就是“磁懸浮數(shù)控激光切割機”。別小看這一平米的機器，麻雀雖小五臟俱全，整臺機器由磁懸浮系統(tǒng)、導軌、二氧化碳激光管、有機玻璃制作的載物架、液態(tài)散熱系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等構件組成。
在現(xiàn)場，文浩在電腦屏幕前操控數(shù)控系統(tǒng)，開始展示他的小發(fā)明。機器啟動后，漂浮在空中的激光頭，根據(jù)預定的路線對有機玻璃進行切割。很快，一個“心”字型的玻璃片被切割出來。文浩說，這一機械稍微改進，可以在磁懸浮系統(tǒng)下方增設3D打印功能。
磁懸浮數(shù)控激光切割機的原理，是利用磁懸浮系統(tǒng)使激光頭達到懸浮狀態(tài)，通過底座XY軸移動，帶動激光頭根據(jù)指定的軌跡運行。激光頭通過三道程序的反光，讓激光到達聚光鏡，對物體進行切割。該機器經(jīng)改進后，可投入到工業(yè)模具如有機玻璃、皮革等物料的切割和生產(chǎn)當中。
與當今市面上的數(shù)控激光切割機相比，“磁懸浮數(shù)控激光切割機”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械磨損。
已有發(fā)明投入市場應用
說起發(fā)明“磁懸浮數(shù)控激光切割機”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)明的實用性及現(xiàn)實意義。
2013年10月18日，文浩摸索出了“基于Aricloud模式互云網(wǎng)服務架框開發(fā)搭建”，只要有網(wǎng)絡，用戶可以通過手機、平板、PC隨時隨地在線進入他們的云系統(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，給手機及其他家用電器供電。在當年的第30屆廣東省青少年科技創(chuàng)新大賽上，這一作品項目榮獲一等獎、廣東工業(yè)大學校長創(chuàng)新獎和專利申請獎等三項獎勵，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，該公司的負責人找到文浩，希望和文浩取得合作，提供技術支持，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制認證，并且在市面上銷售，文浩也得到了一筆相應的回報。
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)合基礎上，發(fā)明一款“磁懸浮數(shù)控激光切割機”，試圖應用到工業(yè)制造方面。
課余“充電”攻克難關
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，當談論到電腦、互聯(lián)網(wǎng)技術時，他口若懸河，蹦出一堆專業(yè)術語。很難想象，這是一名18歲高中生所涉及的知識范圍。
為了讓“磁懸浮數(shù)控激光切割機”理念成為現(xiàn)實，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)站學習、摸索，初步制定了方案。文浩說，一開始，他采用一個磁懸浮系統(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，并且自轉(zhuǎn)非常厲害。“這是磁懸浮系統(tǒng)的特性，浮盤會不斷尋找零點，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，不過進行老化測試時，一個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”。文浩利用周六日時間，上國外網(wǎng)站搜索材料，結(jié)合自己高中所學的物理知識，終于悟到了其中的玄機。采用螺母墊片原理，解決了磁懸浮尋找歸零的問題，激光頭的抖動最終得到解決。該機器的切割精密度達到128細分，而傳統(tǒng)的切割機普遍在16或32細分。
從理念到現(xiàn)實，文浩的這一發(fā)明僅用了5個月時間。“現(xiàn)在系統(tǒng)還未接近完美，還要進一步解決激光頭作業(yè)時的慣性問題，偶爾會出現(xiàn)輕微抖動，如果要試產(chǎn)應用還需要改進，已做出解決方案。”文浩說，目前這一項發(fā)明已申請了專利。
將參加“創(chuàng)客大賽”
提到研發(fā)“磁懸浮數(shù)控激光切割機”過程的辛酸苦辣。文浩說，為了尋找重量輕、硬度強的導軌，他前后共找了8家模具工廠。在接近絕望時，行內(nèi)朋友向他推薦了一家生產(chǎn)機床模具公司。文浩制作產(chǎn)品規(guī)格圖紙發(fā)送給該公司定制，才解決了這一個問題。
通過電腦端的數(shù)控系統(tǒng)控制激光頭的運行方向，這是數(shù)控激光切割機的運作原理，當增設磁懸浮系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)會出現(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腳印，重新編寫1000段代碼。這個功夫可不小。那段時間，放學后到家了，我都在埋頭寫代碼。前后共花了一個多星期時間。”文浩說，“為了研發(fā)這臺機器，有時候忙碌到凌晨2點鐘才入睡。”
今年1月份，文浩發(fā)明的“磁懸浮數(shù)控激光切割機”獲得湛江市第31屆青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎。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文浩大批量研發(fā)產(chǎn)品，并給予豐厚的報酬；去年重慶醫(yī)科大學向他伸來橄欖枝，希望特招入學。不過，文浩經(jīng)過多方考慮都拒絕了。對于文浩的發(fā)明愛好，其家人希望，他應多放點心思在學業(yè)上。“我家人還是希望我先念完高中，考上一所較好的大學，研發(fā)的路子還長著呢。”文浩說。
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