近日,記者獲悉,湛江市小發明家,高二在讀學生文浩發明了一款“磁懸浮數控激光切割機”,這是繼他所研發的“基于Aricloud模式互云網服務架框開發搭建”、“雙頻諧振耦合無線輸電裝置”之后的第三個項目。據了解,文浩的發明曾獲省賽金獎,其產品已投入市場使用。他將受邀參加今年5月由教育部主辦的中美青年創客大賽。
研制磁懸浮切割機
3月2日,記者在文浩家中看到,一個規格約1平米的正方形機器被擺放在客廳內,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、導軌、二氧化碳激光管、有機玻璃制作的載物架、液態散熱系統、數控系統等構件組成。
在現場,文浩在電腦屏幕前操控數控系統,開始展示他的小發明。機器啟動后,漂浮在空中的激光頭,根據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,可以在磁懸浮系統下方增設3D打印功能。
磁懸浮數控激光切割機的原理,是利用磁懸浮系統使激光頭達到懸浮狀態,通過底座XY軸移動,帶動激光頭根據指定的軌跡運行。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。該機器經改進后,可投入到工業模具如有機玻璃、皮革等物料的切割和生產當中。
與當今市面上的數控激光切割機相比,“磁懸浮數控激光切割機”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、作業效率更高。懸浮的特性還可減少機械磨損。
已有發明投入市場應用
說起發明“磁懸浮數控激光切割機”的初衷,文浩說,他從小就喜愛上發明、制作,并且比較注重發明的實用性及現實意義。
2013年10月18日,文浩摸索出了“基于Aricloud模式互云網服務架框開發搭建”,只要有網絡,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。
2015年,文浩又發明了“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新大賽上,這一作品項目榮獲一等獎、廣東工業大學校長創新獎和專利申請獎等三項獎勵,并被省科協選送參加第30屆全國青少年科技創新大賽。
文浩發明的“雙頻諧振耦合無線輸電裝置”,讓他在業內小有名氣。2015年,廣東一家研發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,將磁懸浮系統和無線輸電相結合,生產磁懸浮音響、地球儀、臺燈、懸浮盆栽等工藝品。目前,一部分產品已經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,文浩獲得了發明創作靈感,在利用磁懸浮系統和無線輸電相結合基礎上,發明一款“磁懸浮數控激光切割機”,試圖應用到工業制造方面。
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,很難發現他和普通高中生的區別。不過,當談論到電腦、互聯網技術時,他口若懸河,蹦出一堆專業術語。很難想象,這是一名18歲高中生所涉及的知識范圍。
為了讓“磁懸浮數控激光切割機”理念成為現實,從去年8月份開始,文浩通過上網查閱資料、購買專業書籍,甚至到國外網站學習、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,在浮盤上方加上激光頭裝置,但他很快發現,激光頭不能橫向移動,并且自轉非常厲害。“這是磁懸浮系統的特性,浮盤會不斷尋找零點,產生自轉。”
為了增加磁懸浮系統的穩定性,文浩采用兩個磁懸浮系統,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,上國外網站搜索材料,結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,而傳統的切割機普遍在16或32細分。
從理念到現實,文浩的這一發明僅用了5個月時間。“現在系統還未接近完美,還要進一步解決激光頭作業時的慣性問題,偶爾會出現輕微抖動,如果要試產應用還需要改進,已做出解決方案。”文浩說,目前這一項發明已申請了專利。
將參加“創客大賽”
提到研發“磁懸浮數控激光切割機”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,行內朋友向他推薦了一家生產機床模具公司。文浩制作產品規格圖紙發送給該公司定制,才解決了這一個問題。
通過電腦端的數控系統控制激光頭的運行方向,這是數控激光切割機的運作原理,當增設磁懸浮系統,數控系統會出現與磁懸浮水土不服的問題。所以,數控系統必須要進一步優化。“要優化的代碼有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,文浩發明的“磁懸浮數控激光切割機”獲得湛江市第31屆青少年科技創新大賽一等獎。今年5月,他將受邀到深圳參加教育部舉辦的中美青年創客大賽。
曾有一家科技公司邀請文浩大批量研發產品,并給予豐厚的報酬;去年重慶醫科大學向他伸來橄欖枝,希望特招入學。不過,文浩經過多方考慮都拒絕了。對于文浩的發明愛好,其家人希望,他應多放點心思在學業上。“我家人還是希望我先念完高中,考上一所較好的大學,研發的路子還長著呢。”文浩說。