一种基于3D打印的即插式供电装置及其制备方法

一种基于3d打印的即插式供电装置及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及3d打印领域，尤其涉及一种基于3d打印的即插式供电装置、制备方法及其应用。


背景技术：

2.电池的出现极大地改变了人类生活的方式，针对不同领域的应用，各种各样的电池被发明出来提供电能，与之而来便会产生各种各样的电池安装方式，因此，在保证原有电池电量的基础上，如何更方便地更换电池一直是值得研究的问题。
3.我国3d打印技术在模具、电子器械等领域具有广泛的应用。通过多传感器数据融合技术获得数据，再进行建模并设计产品细节，最后利用3d打印快速生成，可实现模具、电子器械的制造和修复。保证产品质量的同时，还能将发明者的设计快速且精准地生产出。随着多材质3d打印技术的发展，还可以将一种产品做成刚性和柔性两种材质，根据所需进行选择，大大提高了产品的实用性。
4.多传感器数据融合技术是近几年来发展起来的一门实践性较强的应用技术，较确切的定义可概括为：充分利用不同时间与空间的多传感器数据资源，采用计算机技术对时间序列获得的多传感器观测数据，在一定准则下进行分析、综合、支配和使用，获得对被测对象的一致性解释与描述，进而实现相应的决策和估计，使系统获得比它的各组成部分更充分的信息。通过此技术，极大优化了3d打印路径，使产品多样化、精准化。
5.不同于常见的干电池、铅蓄电池等，纽扣电池体积小，直径在4.8毫米至30毫米之间，厚度在1.0毫米至7.7毫米之间，通常使用纽扣电池连接器装载纽扣电池，应用于各种微电子产品中。
6.一些医疗电子器件需要使用到纽扣电池进行供电，但有时供电装置可能会与患者的身体产生直接的接触进而导致该部位无法受到良好的治疗效果。以糖尿病足为例(一种糖尿病并发症)，糖尿病足患者往往需要使用专用鞋垫进行辅助治疗，但是糖尿病足的病灶点出现位置并不是固定的，有可能被装载电池的位置覆盖而导致该部位进一步受到压迫甚至受伤。此外，结合国家级大学生创新创业计划项目“一步一关爱—糖尿病足压力预警智能鞋垫应用与推广 (项目号202113573006x)”，该项目设计了一种双层鞋垫，该双层鞋垫的下层中设置有供电的纽扣电池以及相关的导线，这使得更换电池的过程变得复杂和难以执行，同时，在具有一定柔性的鞋垫中，导线若过长还会使电池仓引出导线处可靠性受到不利影响，因此亟需一种基于3d打印的即插式供电装置。


技术实现要素：

7.本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于3d打印的即插式供电装置，
8.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
9.一种基于3d打印的即插式供电设备，包括:
10.插座保护装置，所述插座保护装置为空心圆柱体，其顶部和底部均开口，圆柱体内
壁的下半部分设置有两个相对的凹槽一，所述凹槽一为圆台状凹槽；
11.电池仓，所述电池仓为空心圆柱体，其顶部开口，底部封闭；所述电池仓内壁的上半部分设置有两个凹槽二，电池仓内壁的下半部分设置有两个相对的贯穿电池仓侧壁的圆孔，圆孔之间固定连接有横穿电池仓的弹簧保护管，所述弹簧保护管连通圆孔且内部设置有水平放置的弹簧，所述弹簧的两端分别固定连接有圆台，所述圆台在弹簧处于非拉伸状态时部分穿出圆孔，所述圆台为实心圆台；电池仓置入插座保护装置，圆台卡入凹槽一；
12.圆形载物槽，包括底部的圆形托盘和固定在圆形托盘相对两侧的固定片，所述固定片的中段具有朝向外侧的凸起，所述凸起为梯形凸起，固定片位于凸起以下部分的两侧具有向内弯折的限位部，所述固定片的末段水平向外延伸一段距离，该延伸段不超过电池仓外壁；圆形托盘底面朝下推入到电池仓内部，紧贴在弹簧保护管的上方，凸起嵌入电池仓中的凹槽二内；
13.电池连接器设备，包括电池连接器和插头，所述电池连接器包括底部的圆形电池槽和固接在圆形电池槽相对两侧的导电铁片；所述导电铁片的首段处于水平位置，导电铁片的中段竖直紧贴固定片，导电铁片的末段向外弯折，所述插头底部固定连接有排针，排针的底端固定连接有金属插片，金属插片与导电铁片的末段固定连接在一起；所述圆形电池槽的直径不大于圆形托盘的直径，纽扣电池水平推入圆形电池槽中，圆形电池槽推入到圆形载物槽内，置于底部的圆形托盘上，处于水平位置的导电铁片首段抵住固定片，导电铁片的末端嵌入到凸起的内壁上；
14.插座保护装置顶部嵌在待供电插座周围的槽口中，插头插入待供电器件的插座中。
15.为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
16.进一步地，所述电池仓底部开设有凹孔，所述凹孔的数量为两个，方便手指扣住凹孔，从插座保护装置中取出电池仓。
17.进一步地，所述插座保护装置内部的底部与电池仓交汇处设置有防水橡胶圈，插座保护装置内部的顶部与待供电插座周围槽口交汇处同样设置有防水橡胶圈。。
18.进一步地，所述凹槽一经过光滑处理，以便圆台卡入凹槽一。
19.进一步地，所述金属插片与导电铁片的末段焊接在一起，既起到了直接导电的作用，又起到了固定的作用。
20.进一步地，在电池连接器设备中，所述圆形电池槽的圆周上固定有竖直的限位片，限制了纽扣电池推入的位置，防止其从另一侧滑落。
21.本发明还提供一种基于3d打印的即插式供电装置的制备方法，具体包括以下步骤：
22.s1、使用lidar扫描仪、三维激光扫描仪对所要供电器件插座的周围空间进行扫描，通过计算机融合算法得出优化后的数据，由此计算出插座保护装置的各项尺寸，进而得出电池仓和圆形载物槽的各项尺寸；
23.s2、根据即插式供电设备的应用需求，选择制作刚性供电设备或者柔性供电设备，并据此选择具体的刚性材料或柔性材料；
24.s3、利用3d打印技术将插座保护装置、电池仓和圆形载物槽打印出来；
25.s4、根据待供电器件的电量需求，选择电池连接器；根据待供电设备的插座类型，
选择插头的种类；根据插座保护装置和电池仓的尺寸大小，选择弹簧和防水橡胶圈，将插头与电池连接器固定连接在一起，将弹簧与圆台固接后水平置入弹簧保护管中，将防水橡胶圈安装在插座保护装置内的底部和顶部；
26.s5、将圆形电池槽嵌入圆形托盘，导电铁片的末段嵌在凸起的内壁上，将纽扣电池从圆形载物槽侧面推入电池连接器中，向内侧挤压并夹取固定片向外延伸的末段，将圆形载物槽推入电池仓的内部，固定片上的凸起嵌入电池仓内壁上的凹槽二；用手指将圆台按压进电池仓的内部，将电池仓、圆形载物槽和电池连接器设备的整体推入到插座保护装置内部，圆台到达圆台状凹槽一的位置，在弹簧向外挤压的作用下自动伸出，卡入圆台状凹槽一，完成整个装置的安装。
27.进一步地，所述刚性材料包括abs材料、pc材料，柔性材料包括硅胶。
28.将本发明提供的安装完成的即插式供电设备插入到待供电设备上，以对设备进行供电。
29.本发明的有益效果是：
30.针对双层鞋垫下层中设置的纽扣电池不便于安装更换，且导线会使纽扣电池的性能下降的问题，提供了一种即插式供电装置，缓解了导线给电池带来的不利影响，同时使得纽扣电池便于更换；
31.进一步的，本次发明利用了多传感器数据融合技术解决了鞋垫内部安装的供电设备的尺寸不易精准测量的问题，利用lidar扫描仪、三维激光扫描仪等设备获得一系列安装场合的数据，通过计算机融合算法，如卡尔曼滤波法、贝叶斯估计法等，将各数据进行优化，最终得到目标的一致性数据。这一技术的使用，能够极大地增强数据的可信度，并提高精度，更重要的是，扩展了发明的应用范围。
32.电池仓中的弹簧、圆台配合插座保护装置中的凹槽一，提高了电池仓在插座保护装置中的稳定性；利用圆形载物槽搭载电池连接器和插头构成一体化的设计，相较于常规的电池连接器更容易取出纽扣电池，为更换和维修纽扣电池提供了方便；弹簧保护管包裹弹簧可以防止外部因素干扰使弹簧发生形变、损坏等，提高了装置使用寿命；插座保护装置内部的顶端和底部设置有防水橡胶圈，有效保证了供电设备的防水性和安全性。
33.本次发明部件包括插座保护装置、电池仓、圆形载物槽、电池连接器设备、防水橡胶圈、弹簧和圆台等。其中，插座保护装置、电池仓以及圆形载物槽可通过3d打印技术利用刚性或柔性材料生产。可用于3d打印常见刚性材料有：abs材料，具有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工都比较好；pc材料，一种真正的热塑性材料，具有高强度、耐高温、抗冲击、抗弯曲等特点，强度比abs材料还要高60％；常见柔性材料有硅胶，具有耐热性、耐寒性、耐臭氧、耐大气老化等特点。因此，通过3d打印技术，极大程度扩展了此发明的应用范围。本发明缩减导线长度提高产品使用寿命的同时，可保证更换电池的便捷性，根据待供电元件位置不同及周围元器件布局还可进行个性化设计。
附图说明
34.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
35.图1为插座保护装置的结构示意图；
36.图2为电池仓的结构示意图；
37.图3为圆形载物槽的结构示意图；
38.图4为电池连接器设备的结构示意图；
39.图5为电池连接器设备安装在圆形载物槽内的示意图；
40.图中的标记：1为插座保护装置，101为凹槽一，2为电池仓，201为凹槽二，202为圆台，203为弹簧保护管，204为弹簧，205为凹孔，3为圆形载物槽，301为在圆形托盘，302 为固定片，303为凸起，304为限位部，4为电池连接器设备，401为电池连接器，402为插头，4011为圆形电池槽，4012为导电铁片，4013为限位片。
具体实施方式
41.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
42.结合图1-5所示，一种基于3d打印的即插式供电设备，包括
43.插座保护装置1，所述插座保护装置1为空心圆柱体，其顶部和底部均开口，圆柱体内壁的下半部分设置有两个相对的圆台状凹槽101；
44.电池仓2，所述电池仓2为空心圆柱体，其顶部开口，底部封闭；所述电池仓2内壁的上半部分设置有两个凹槽二201，电池仓2内壁的下半部分设置有两个相对的贯穿电池仓2 侧壁的圆孔，圆孔之间固定连接有横穿电池仓的弹簧保护管203，所述弹簧保护管203连通圆孔且内部设置有水平放置的弹簧204，所述弹簧204的两端分别固定连接有实心圆台202，所述实心圆台202在弹簧204处于非拉伸状态时部分穿出圆孔，所述电池仓2底部开设有凹孔205两个，方便手指扣住凹孔205，从插座保护装置中取出电池仓2；电池仓2推入插座保护装置1，实心圆台202伸出圆孔的部分卡入圆台状凹槽101，从而使电池仓2固定在插座保护装置1内；进一步地，圆台状凹槽101经过光滑处理，以便实心圆台202可以顺滑地卡入圆台状凹槽101；所述插座保护装置1内部的底部与电池仓2交汇处设置有防水橡胶圈，起到防水的作用；
45.圆形载物槽3，包括底部的圆形托盘301和固定在圆形托盘301相对两侧的固定片302，所述固定片302的中段具有朝向外侧的梯形凸起303，固定片302位于梯形凸起303以下的部分的两侧具有向内弯折的限位部304，限位部304起到限制导电铁片4012位置的作用，便于电池连接器设备4放入圆形载物槽3中，所述固定片302的末段水平向外延伸一段距离，该延伸段不超过电池仓2外壁，既方便用手指从电池仓2中取放圆形载物槽，又不影响将电池仓2推入插座保护装置1；圆形托盘301底面朝下推入到电池仓2内部，紧贴在弹簧保护管203的上方，梯形凸起303嵌入电池仓2中的凹槽二201内；
46.电池连接器设备4，包括电池连接器401和插头402，所述电池连接器401包括底部的圆形电池槽4011和固接在圆形电池槽相对两侧的导电铁片4012，所述圆形电池槽4011的圆周上固定有竖直的限位片4013，限制了纽扣电池推入的位置，防止其从另一侧滑落，所述圆形电池槽4011的直径不大于圆形托盘301的直径，纽扣电池水平推入圆形电池槽4011中，圆形电池槽4011推入到圆形载物槽3内，所述导电铁片4012的首段处于水平位置，嵌入圆形托盘301后抵住固定片302，导电铁片4012的中段竖直紧贴固定片302，导电铁片4012的末段向外弯折，所述插头402底部固定连接有排针，排针的底端固定连接有金属插片，金属插片
与导电铁片4012的末段焊接在一起，既起到了直接导电的作用，又起到了固定的作用；圆形电池槽4011嵌入到圆形载物槽3底部的圆形托盘301上，导电铁片4012的末端嵌入到梯形凸起303的内壁上，起到将电池连接器设备4固定在圆形载物槽3内的作用。
47.使用时，先将插座保护装置1镶嵌在所需供电器件的插座上，插座保护装置1的顶部嵌在待供电插座周围的槽口中，插座保护装置1内部的顶部与槽口交汇处设置有防水橡胶圈，插头402插入待供电器件的插座中。
48.上述基于3d打印的即插式供电设备通过以下方法进行制备：
49.s1、使用lidar扫描仪、三维激光扫描仪对所要供电器件插座的周围空间进行扫描，通过计算机融合算法得出优化后的数据，由此计算出插座保护装置1的各项尺寸，进而得出电池仓2和圆形载物槽3的各项尺寸；
50.s2、选择刚性产品，并选择pc作为原材料；
51.s3、利用3d打印技术将插座保护装置1、电池仓2和圆形载物槽3打印出来；
52.s4、根据待供电器件的电量需求，选择电池连接器401；根据待供电设备的插座类型，选择插头402的种类；根据插座保护装置1和电池仓2的尺寸大小，选择弹簧204和防水橡胶圈，将插头402与电池连接器401固定连接在一起，将弹簧204与实心圆台202固接后水平置入弹簧保护管203中，将防水橡胶圈安装在插座保护装置1内的底部和顶部；
53.s5、将圆形电池槽4011嵌入圆形托盘301，导电铁片4012的末段嵌在梯形凸起303的内壁上，将纽扣电池从圆形载物槽3侧面推入电池连接器401中，向内侧挤压并夹取固定片 302向外延伸的末段，将圆形载物槽3推入电池仓2的内部，固定片302上的梯形凸起303 嵌入电池仓2内壁上的凹槽二201；用手指将实心圆台202按压进电池仓2的内部，将电池仓2、圆形载物槽3和电池连接器设备4的整体推入到插座保护装置1内部，实心圆台202 到达圆台状凹槽101的位置，在弹簧204向外挤压的作用下自动伸出，卡入圆台状凹槽101，完成整个装置的安装。
54.使用时，先将插座保护装置1镶嵌在所需供电器件的插座上，再根据步骤s5中的顺序，依次将电池连接器设备4、圆形载物槽3、电池仓2装入其中，使得插头402插入待供电器件的插座中；
55.当需要更换纽扣电池时，用手指掐住电池仓2的底部凹孔205，将其向外拉出，使得插头402脱离待供电器件的插座，并使卡入圆台状凹槽101的两个实心圆台202被压回电池仓 2上的圆孔内，再用手指将固定片302向外延伸的末段向中间按压，使其外侧的两个梯形凸起303向中间靠拢，保证整个装置能够从电池仓2内部取出，从侧面推出需要更换的纽扣电池并推入新的纽扣电池，再按照上述安装过程，完成更换。
56.需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
57.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于3d打印的即插式供电设备，其特征在于，包括:插座保护装置(1)，所述插座保护装置(1)为空心圆柱体，其顶部和底部均开口，圆柱体内壁的下半部分设置有两个相对的凹槽一(101)；电池仓(2)，所述电池仓(2)为空心圆柱体，其顶部开口，底部封闭；所述电池仓(2)内壁的上半部分设置有两个凹槽二(201)，电池仓(2)内壁的下半部分设置有两个相对的贯穿电池仓(2)侧壁的圆孔，圆孔之间固定连接有横穿电池仓的弹簧保护管(203)，所述弹簧保护管(203)连通圆孔且内部设置有水平放置的弹簧(204)，所述弹簧(204)的两端分别固定连接有圆台(202)，所述圆台(202)在弹簧(204)处于非拉伸状态时部分穿出圆孔；电池仓(2)置入插座保护装置(1)，圆台(202)卡入凹槽一(101)；圆形载物槽(3)，包括底部的圆形托盘(301)和固定在圆形托盘(301)相对两侧的固定片(302)，所述固定片(302)的中段具有朝向外侧的凸起(303)，固定片(302)位于凸起(303)以下部分的两侧具有向内弯折的限位部(304)，所述固定片(302)的末段水平向外延伸一段距离，该延伸段不超过电池仓(2)外壁；圆形托盘(301)底面朝下推入到电池仓(2)内部，紧贴在弹簧保护管(203)的上方，凸起(303)嵌入电池仓(2)中的凹槽二(201)内；电池连接器设备(4)，包括电池连接器(401)和插头(402)，所述电池连接器(401)包括底部的圆形电池槽(4011)和固接在圆形电池槽相对两侧的导电铁片(4012)；所述导电铁片(4012)的首段处于水平位置，导电铁片(4012)的中段竖直紧贴固定片(302)，导电铁片(4012)的末段向外弯折，所述插头(402)底部固定连接有排针，排针的底端固定连接有金属插片，金属插片与导电铁片(4012)的末段固定连接在一起；所述圆形电池槽(4011)的直径不大于圆形托盘(301)的直径，纽扣电池水平推入圆形电池槽(4011)中，圆形电池槽(4011)推入到圆形载物槽(3)内，置于底部的圆形托盘(301)上，处于水平位置的导电铁片(4012)首段抵住固定片(302)，导电铁片(4012)的末端嵌入到凸起(303)的内壁上；插座保护装置(1)顶部嵌在待供电插座周围的槽口中，插头(402)插入待供电器件的插座中。2.根据权利要求1所述的一种基于3d打印的即插式供电设备，其特征在于，所述电池仓(2)底部开设有凹孔(205)，所述凹孔(205)的数量为两个。3.根据权利要求1所述的一种基于3d打印的即插式供电设备，其特征在于，所述插座保护装置(1)内部的底部与电池仓(2)交汇处设置有防水橡胶圈，插座保护装置(1)内部的顶部与待供电插座周围槽口交汇处同样设置有防水橡胶圈。4.根据权利要求1所述的一种基于3d打印的即插式供电设备，其特征在于，所述凹槽一(101)经过光滑处理。5.根据权利要求1所述的一种基于3d打印的即插式供电设备，其特征在于，所述金属插片与导电铁片的末段焊接在一起。6.根据权利要求1所述的一种基于3d打印的即插式供电设备，其特征在于，在电池连接器设备(4)中，所述圆形电池槽(4011)的圆周上固定有竖直的限位片(4013)。7.一种基于3d打印的即插式供电装置的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：s1、使用lidar扫描仪、三维激光扫描仪对所要供电器件插座的周围空间进行扫描，通过计算机融合算法得出优化后的数据，由此计算出插座保护装置(1)的各项尺寸，进而得出电池仓(2)和圆形载物槽(3)的各项尺寸；
s2、根据即插式供电设备的应用需求，选择制作刚性供电设备或者柔性供电设备，并据此选择具体的刚性材料或柔性材料；s3、利用3d打印技术将插座保护装置(1)、电池仓(2)和圆形载物槽(3)打印出来；s4、根据待供电器件的电量需求，选择电池连接器(401)；根据待供电设备的插座类型，选择插头(402)的种类；根据插座保护装置(1)和电池仓(2)的尺寸大小，选择弹簧(204)和防水橡胶圈，将插头(402)与电池连接器(401)固定连接在一起，将弹簧(204)与圆台(202)固接后水平置入弹簧保护管(203)中，将防水橡胶圈安装在插座保护装置(1)内的底部和顶部；s5、将圆形电池槽(4011)嵌入圆形托盘(301)，导电铁片(4012)的末段嵌在凸起(303)的内壁上，将纽扣电池从圆形载物槽(3)侧面推入电池连接器(401)中，向内侧挤压并夹取固定片(302)向外延伸的末段，将圆形载物槽(3)推入电池仓(2)的内部，固定片(302)上的凸起(303)嵌入电池仓(2)内壁上的凹槽二(201)；用手指将圆台(202)按压进电池仓(2)的内部，将电池仓(2)、圆形载物槽(3)和电池连接器设备(4)的整体推入到插座保护装置(1)内部，圆台(202)到达圆台状凹槽一(101)的位置，在弹簧(204)向外挤压的作用下自动伸出，卡入圆台状凹槽一(101)，完成整个装置的安装。8.根据权利要求7所述的一种基于3d打印的即插式供电装置的制备方法，其特征在于，所述刚性材料包括abs材料、pc材料，柔性材料包括硅胶。

技术总结
一种基于3D打印的即插式供电设备，包括插座保护装置，罩在待供电器件的插座上提供保护，所述插座保护装置为空心圆柱体，其顶部和底部均开口；电池仓，所述电池仓为空心圆柱体，其顶部开口，底部封闭，电池仓推入插座保护装置，圆台卡入凹槽一；圆形载物槽，包括底部的圆形托盘和固定在圆形托盘相对两侧的固定片，圆形托盘底面朝下推入到电池仓内部，紧贴在弹簧保护管的上方，凸起嵌入电池仓中的凹槽二内；电池连接器设备，包括电池连接器和插头，纽扣电池水平推入圆形电池槽中，圆形电池槽推入到圆形载物槽内；圆形电池槽放入到圆形载物槽底部的圆形托盘上，导电铁片的末端嵌入到凸起的内壁上。内壁上。内壁上。


技术研发人员：孟之一 王逸之 贾若涵 吉睿晨 王兵 陈维娜 田小敏 朱浩宇
受保护的技术使用者：金陵科技学院
技术研发日：2021.12.31
技术公布日：2023/7/13