1蜂窝纸芯模块的关键参数
蜂窝纸芯拉伸展开形态模块的设计和制作，需要明确以下几项。①由于弹性受力的不均匀性，拉伸展开的倾角肯定不相同，而且越是中间部分拉伸角度越大、越是靠近两端的部位则倾角越小［4］。②由于拉伸展开导致蜂窝纸芯的宽度自然变窄，如果拉伸幅度过大，会导致整个蜂窝纸芯结构失去基本的形态和功能结构。③蜂窝纸芯的特殊结构，需要在功能结构上发挥其上下抗压强度的优势，同时规避产品向图1中y轴方向过度运动，这对产品结构设计是一个很大考验［5］。综合考虑上述因素，实现蜂窝纸芯模块的结构创新，必须简化模型，从设计思路和用户体验还原产品，从产品使用情境入手进行逆向设计，明确设计目标和任务，才能成功。蜂窝纸芯不是独立的，作为产品的组成部分，要放在产品环境中考虑、分析、结构再重构。以模块化思路来研究蜂窝纸芯模块与整体产品的关系问题，对于相关产品开发设计具有非常重要的意义。蜂窝纸芯与蜂窝纸板的工艺有很大差别，蜂窝纸芯模块会跟其他结构一起形成完整产品，具有明确的功能。在这个结构里，蜂窝纸芯模块拉伸方向两端固定，两侧位置受限，这些特性既是对产品开发的限制，同时也是产品的鲜明特色［6］。根据产品特性和实际包装使用需要，设定单个西瓜包装的外形尺寸为:400(W)×300(H)×500(L)mm。常见蜂窝纸芯边长为6mm、8mm、10mm，这里以10mm来测算。在受力一定的情况下，当拉伸角度θ=31.29725°时［7］，蜂窝纸芯所受应力最小，此时的拉伸角度即为最优拉伸角度，取合理值，设定为30°，则两面倾角总共为60°(图2)。每楞展开间距是10mm，长度500mm，则500÷10=50，共有50个间距，单片瓦楞原纸厚0.25m，每个瓦楞结合部分为2张原纸贴合而成。将整个蜂窝纸芯模块合拢的纸芯厚度为0.25×2×50=25mm，这个形态合拢时非常密实，便于采用CNC数控加工中心进行加工。需要切铣的形态对应一般西瓜形态在图1中x轴方向密实压缩的形态，压缩比例等同于蜂窝纸芯模块的压缩比例，纸芯模块展开长度为500mm，压缩后长度为25mm，因此，可以计算西瓜切铣形态的单轴压缩比为:500mm÷25mm=20mm。蜂窝纸芯模块CNC数控加工中心切铣造型如图3。
2蜂窝纸芯模块与包装产品外观造型设计
对图4中展开蜂窝纸芯模块及西瓜包装进行受力分析。西瓜毛重5kg，图1中z轴方向的承重对于蜂窝纸芯模块来说完全不是问题，y轴方向也可以通过产品外面合理的简单结构固定，且西瓜本身修长形体对蜂窝纸芯在y轴方向的运动形成限制。对西瓜在运输和使用过程中安全性构成威胁的是x轴方向的运动。一方面因为西瓜在储运过程中都采用侧卧的方式降低了x轴方向运动可能性;另一方面，包装外观造型上通过合理结构对蜂窝纸芯的中间部分进行1～3个单点固定，可以确保x轴方向的结构安全性。加工成型的2件蜂窝纸芯模块分别组合形成内部包装结构的上下部分，采用合理包装外观造型设计，各种各样契合品牌形象需要的西瓜包装方案被设计出来，图5是其中一个范例。独具特色的产品包装可以使西瓜从众多同类产品的竞争中脱颖而出，易于消费者识别，满足消费者的诉求及归属感，产品配合出众包装可形成产品视觉识别力，成为深受消费者喜爱的送礼佳品［8－9］。目前，市场上西瓜独立包装很少，少量的包装设计也缺乏主题，产品的销售主张受到抑制。作为国内知名的高端西瓜产地，大兴区应该对品牌西瓜进行全新的包装设计。该造型结构灵感来源于西瓜本身，蜂窝纸芯材料容易降解，能够多次使用，美观牢固，环保卫生，不使用时可以折叠成很小的尺寸［10］。可以根据不同西瓜的造型尺寸个性化定制中间的蜂窝纸芯模块。蜂窝纸芯模块的优点是产品在不同维度的视觉效果有完全不同的呈现，根据这个特点进行产品包装造型设计能够产生奇特的包装视觉效果，提升品牌形象。在产品包装造型样式和用户体验上更进一步，在光影效果、产品展现、用户交互体验等方面达到更好的效果，真正实现“包装即产品”及低碳环保的包装更新理念。
3结论
以5kg标准西瓜为对象进行蜂窝纸芯模块包装设计的数字化设计和虚拟加工制造方法研究，较好地发掘了蜂窝纸芯模块的材料特性，提供了极富市场竞争力的包装产品，蜂窝纸芯作为西瓜包装环保低碳，利用CNC加工中心可以实现个性化定制，增强了用户体验，有效提升了产品品牌附加值。在研制、开发、推广应用蜂窝纸芯模块过程中，还有很多技术、工艺、创新设计方法及行业管理和市场培育等方面的工作要做，在提高、完善设备工艺和内在质量的基础上，需要进一步创新思维方法，设计出更多更好的基于蜂窝纸芯模块的包装产品，满足市场需要。
作者：巫建 杜艳平 张阳 单位：北京印刷学院
