基于3D建模的新型环保铅笔器设计

2021-09-17 来源：步旅网

总767期第三十三期

2021年11月

河南科技

HenanScienceandTechnology

工业技术

基于3D建模的新型环保铅笔器设计

陈炎杰

（北华航天工业学院机电工程学院，河北

廊坊065000）

摘要：目前国内木制铅笔生产存在消耗、浪费大量木材资源，笔屑不能有效回收利用等问题。鉴于此，本文

从制作铅笔装置、设计削铅笔装置、循环回收材料等角度出发，基于3D建模技术设计一款新型环保可循环利用铅笔器。该铅笔器采用冷却凝固的蜡作为铅笔外壳，融化笔头部分蜡实现削铅笔功能，设计理念与目前倡导的节能环保、绿色消费生活理念相契合，体现出产品设计的创意和创新思维，且能够达到循环利用有效资源的目的。

关键词：3D建模；绿色环保；循环利用；铅笔器中图分类号：TB472

文献标识码：A

文章编号：1003-5168（2021）33-0063-03

ANewEco-FriendlyPencilMakingContainerDesignBasedon3DModeling

(NorthChinaInstituteOfAerospaceEngineeringAcademyofElectricalandMechanicalEngineering,LangfangHebei065000)

CHENYanjie

Abstract:Atpresent,theproductionofwoodenpencilsconsumesalotofwoodandwastesnaturalresources.Pencilshavingsfromsharpenedpencilsarenoteffectivelyrecycled.Therefore,thepaperdesignsanewenvironmentally-friendlyrecyclablepencilmakerbasedon3Dmodelingtechnology,comprehensiveconsideringtheproductionofpen⁃cildevice,designofpencilsharpeningdevice,recyclingmaterialsandsoon.Thepencilmakingcontainerusesthecooledandsolidifiedwaxasthepencilshell,tomeltthewaxpartofthepenciltiptorealizethepencilsharpeningcyclingeffectiveresources.

function.Thedesignconceptisinlinewiththecurrentenergy-savingandenvironmentalprotection,greenconsump⁃tionlifeconcept,reflectingthecreativeandinnovativethinkingofproductdesign,andcanachievethepurposeofre⁃Keywords:3Dmodeling;greeneco-friendly;recycleutilization;pencilmakingcontainer铅笔作为一种便民文具，在国内每年的产量十分庞大，而随之产生的便是环保问题。目前国内铅笔笔杆多为木质材料，在消耗大量国内林业资源的同时，木质笔杆不可回收性，不符合当下国家提倡的绿色环保生产主题。本设计针对铅笔材质、循环利用等问题，基于3D建模技术，设计了一款新型环保、可循环利用的铅笔器，并推广使用。该设计与目前倡导的环保节能、绿色消费的生活理念相契合，达到了资源可循环利用的目的，更体现了产品的创新思维。

研究背景

消耗，其成为了不容忽视的问题。我国生产铅笔杆所用的木材主要是椴木，椴木是经济林，属保护性树种，需要保护和限采。目前，我国椴木资源的森林覆盖率仅占森林总面积的3%~7%，黑龙江、吉林两省依靠资源优势先后建立了铅笔板厂约70余家，需耗椴木70余万m3。而国内木材资源供需缺不断增大，在一定程度上制约了我国制笔行业的良性发展［1］。中国制笔行业2020年销售收入367.47亿元，同比下降7.76%；主要笔类产品产量463.0310.1%［2］。

亿支，同比下降6.11%；铅笔产量208.58亿支，同比下降

目前，铅笔设计开始注重环保，绿色材料笔杆铅笔和

铅笔作为一种应用范围极广的文具，在受到广大学生与从业者喜爱的同时，木质铅笔生产引起大量的木材

收稿日期：2021-08-31

自动铅笔越来越多。特别是随着人们生活水平的不断提高，人们的消费层次也随之升高，以节约资源和保护环境

基金项目：2021年河北省大学生创新创业训练计划项目（CX2021010）。作者简介：陈炎杰（2000—），男，本科生，研究方向：机械设计。

基于3D建模的新型环保铅笔器设计

第33期

为特征的消费行为［3］，高效、环保的产品和服务越来越受消费者的青睐。因此，设计一款新型环保可循环利用的铅笔器，十分符合人们的消费理念和需求。

市场调研

为了更好地把握市场和人们对该创意产品的需求，设计团队在有初步想法后，进行了市场调研，以确保不出现设计偏差问题。在市场调研过程中，团队不仅需要寻求到市场和产品之间的平衡点，还需要对大量的消费者及其他的实体之外的信息进行数据归纳整理分析，了解市场及其环境变化、消费者的消费特点，为产品的营销提供准确的市场信息［4］。本次调研应用现代媒体手段，应用QQ群发、微信群发的方式，共发放调查问卷800份，最终回收答卷456份。通过对现有的铅笔市场进行调查，发现现有的铅笔对服务群体定位不太明确，定位不够清晰。

产品定位分析

图1方案一草图

本方案优势在于使用者不会亲自接触蜡液，对使用者的人身安全有了一定的保障；方案操作流程相对简单，加入了削笔口的设计，使蜡屑的回收更加完备，减少了蜡在回收过程中的损耗；但加热装置的增加使产品需要加入内部电路的设计，成本相对提高。

本次新型环保铅笔器的设计，旨在通过替换铅笔材质的方式达到节约木材、绿色环保的目的。从市场问卷调研和资料查询可知，铅笔市场各类产品中，木质铅笔仍然是不可忽视的主力产品。但从另一个角度可以看到，对于削铅笔产生的木屑并没有一个完善的利用方案，这与当下国家所提倡的资源节约并不一致。

新产品服务对象群体定位为幼儿园及中小学生群体。调研结果显示，年龄在4~15岁之间的学生对新型环保铅笔器的感兴趣程度要远大于其他年龄段的群体，主要以小学生为主。考虑到中小学生对于新型产品的接受能力、产品趣味性的追求，最终产品服务对象确定为年龄偏低的幼儿园以及中小学生群体。

44.1

产品方案设计与结构分析产品方案设计

方案一。设计目的是初步实现用蜡制作笔杆

4.1.3

图2方案二草图

实现更加自动化的制笔削笔过程，优化蜡液填充模式，减少使用者与蜡液直接接触的概率。

方案三。设计目的是在保障安全的前提下，

该方案将模具、加热装置固定在外壳上，如图3所示。由于采用制笔削笔一体化的设计结构，使蜡的回收效率进一步提高，同时也进一步精简了制笔的操作流程，让用户能更加便捷地进行铅笔的制作与切削。另外，在蜡液填充方面，本方案由原始的蜡液填充设计改变为填充固态蜡块设计，在不影响使用的前提下最大程度地隔

的设计目标，增强设计的手动DIY要素，以精简朴实的工具实现设计要素。

4.1.1

这种设计方案的灵感源于化学实验器皿以及工业模具，铅笔器内装有铅笔模具、漏斗、加热器皿以及各类文具，将各种制作蜡杆铅笔的工具放在专门的盒子里，包括材料、模具、加热装置，如图1所示。方案一的优势在于实现简单，制作成本低；而缺点在于加热的蜡液温度较高，存在安全隐患，同时操作较为繁琐。程，加强安全保障，同时节省内部空间。

4.1.2

方案二。设计目的是力求更加精简的操作流

该方案采用分层式设计，上部加热装置，下部模具，加热成液体直接流入模具，提高制笔效率，如图2所示。

图3方案三草图

基于3D建模的新型环保铅笔器设计

·65·

绝了使用者和高温蜡液的接触，进一步保障了使用者的安全。但是本方案设计模块相对繁琐，成本相对较高。

由于设计服务的人群主要锁定在4~15岁中小学生群体，所以对于安全方面的考量是筛选设计方案的重点之一。方案一虽然在成本以及制作方面具有优势，但是存在安全隐患，所以否定方案一的设计；方案二与方案三在保障了安全设计的同时，在铅笔制作、铅笔切削、蜡屑回收、文具空间容纳以及蜡液填充等方面各具优势。因此，在综合考虑操作便捷程度和制作成本等因素的情况下，淘汰方案一和方案二，最终选取方案三的设计。

4.2

产品结构图包括爆炸图（削笔槽、加热口盖、硅胶模具、加料口盖）和内部结构图（感温头、导热条、储存盒、分隔板、加热片、控制模块、控温模块、定位卡扣），如图4所示。

随着社会的发展和进步，人们对铅笔这一常见文具的要求已经不局限于满足书写需求，铅笔的设计应向更加绿色环保方便的方向发展。本次研究的产品创意新颖，体现了创新思维和低碳环保的主题思想，用户使用中感受到自己动手的乐趣，增加了生活的情调。新型环保铅笔器，突破了人们对铅笔惯常的认知，引入了全新的产品形态和理念，响应了国家提倡低碳环保的时代主题，具有一定的研究价值。

参考文献：

［1］中国制笔协会.中国制笔行业2020年经济运行情况［J］.中国制笔，2021（2）：43-46.

图4

产品结构图

［2］李满营，范志顺.木材资源综合加工及利用方法探讨［J］.林产工业，2021（6）：78-80.

［3］设计邦.以色列霍隆理工大学的铅笔产品［J］.工业设计，2016（4）：48-49.

［4］王如玥.统计学方法在市场调研中的运用［J］.今日财富（中国知识产权），2021（4）：23-24.

加料口盖

爆炸图

定位卡扣

控温模块内部结构图

加热片控制模块

硅胶模具

加热口盖

削笔槽

分隔板

感温头

导热条

储存盒

产品结构分析

图5不同视角3D建模效果

6结语

53D建模设计

基于3D建模技术，用3DMAX建立三维立体模型，设计铅笔器外壳，不同视角模型如图5所示。

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