一种单元模块结构的壳式平面几何体

摘要

本发明公开了一种单元模块结构的壳式平面几何体，所述单元模块结构的壳式平面几何体的内部呈中空状，仅留有一定厚度的外壳，所述单元模块结构的壳式平面几何体包括壳式棱柱与壳式棱锥两种状态。本发明的包装制作材料的规格比较多样，不会产生大量边角料，生产工艺简单，便于组装与拆卸，是一种能够多次使用的产品，并且能够重复利用，避免资源产生浪费，能够根据实际使用情况，随意组合成任意尺寸和形状，给使用者带来极大的便利。

说明书

技术领域

本发明涉及壳式平面几何体形状的物体所有领域，如包装、家具家装、板式建筑等技术领域，具体为一种单元模块结构的壳式平面几何体。

背景技术

平面几何体，即由若干个平面多边形围成的多面体，如棱柱体、正方体等，面几何体也被称为平面立体，平面立体主要有棱柱和棱锥两种，棱柱的棱线互相平行，棱锥的棱线交于一点，棱锥被截顶则形成棱台。平面立体以其棱线数命名，如四棱柱、六棱柱、五棱锥、三棱锥、四棱台等。壳式平面几何体，即内容为中空，仅留有一定厚度外壳的平面几何体。包括壳式棱柱与壳式棱锥两种形态。壳式平面几何体在板式建筑、包装、家俱等领域普遍运用。如各种材质的包装箱、移动式板房、衣柜等，都是由壳式平面几何体构成。

现有上述壳式平面几何体产品的制作技术，存在以下缺点：

1、制作材料大多使用市购的木板，纸板，铝、铁、不锈钢等金属材质板，塑料、复合材料等各种材质的板材，根据几何体的规格进行裁剪制作成棱面、顶面和底面，然后将各个棱面以棱线及顶面、底面边线为结合点进行拼装连接而成。目前常用的板材大多为矩形，且表面积基本上在2平方米以上，规格尺寸单一。如包装、家俱常见的胶合板材料市场上只有一种长*宽=2440*1220MM规格，纸板、金属板材宽度也大都在1米以上，长度有的达十几米。而现实中的壳式几何体大小尺寸千差万别，这就导致裁剪制作各种规格壳式平面几何体产品过程中，产生大量边角料，造成极大的材料浪费。

2、壳式平面几何体产品成型工艺：壳式平面几何体产品由具有一定厚度的顶面、底面和各个棱面以棱线及顶面、底面边线为结合点进行拼装连接而成。常见的材质拼装连接工艺有如下几种：纸板采用胶水粘合、铆钉钉合等工艺，木质材料基本上采用钉子、胶水或榫卯结构进行拼装连接，金属材料采用铆钉、冲压或焊接等工艺进行拼装连接，塑料材质采用注塑、热合等工艺。这些传统成型工艺技术含量高，制作工艺复杂，拆装困难，难于回收利用。

3、对资源造成极大的浪费。由于上述壳式平面几何体产品存在制作工艺复杂、拆装困难，因此现实生产、生活中大都使用一次产品，造成资源极大的浪费。如包装行业，根据全国木箱包装协会的最新统计，仅一次性木箱包装浪费的产值约1000亿元/年；家具行业，仅上海一个城市，每年因为公司搬迁，改造等原因造成办公家具需要处理的数量每年高达上百万件，其中仅有极少部分能够被循环使用，大部分尚有利用价值的家具被白白浪费掉，这其中能够被再次利用产生的价值高达上亿元；建筑行业，大量废弃板房随处可见，仅这几类常见几何体，每年浪费的资源达上万亿元！

综上所述，开发一种制作工艺简单、便于拆装、可随意组合成任意平面几何体，供全社会重复使用的单元模块结构的壳式平面几何体，对减少资源浪费、促进资源的再生利用、保护地球环境，具的重大现实意义和巨大的商业价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是针对目前常见壳式平面几何体产品存在的上述不足，提供一种可随意组合成任意尺寸、形状、便于拆装、可重复回收利用的壳式平面几何体，为实现上述目标，本发明提供一种单元模块结构的壳式平面几何体。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种单元模块结构的壳式平面几何体，所述单元模块结构的壳式平面几何体的内部呈中空状，仅留有一定厚度的外壳，所述单元模块结构的壳式平面几何体包括壳式棱柱与壳式棱锥两种状态。

优选的，所述壳式棱柱由顶面、底面和棱面围成，所述壳式棱锥由棱面和底面围成，所述壳式棱柱的顶面、底面和棱面的形态都是扁平状多边形平面几何体，所述壳式平面几何体的顶面、底面与棱面可以进行拆分与组合，所述扁平状多边形平面几何体的厚度即为所围成的模块结构壳式平面几何体外壳厚度，该厚度小于模块结构壳式平面几何体的底面几何图形高的二分之一，该底面如有多条高，则数值较小的高满足此条件。

优选的，所述面与面之间以棱线及顶面、底面边沿为结合点进行联结固定形成结构稳固的模块结构壳式平面几何体，使用棱面本身结构或便于拆装的金属构件或其他材质的构件对多个面进行联结固定。

优选的，所述模块结构壳式平面几何体的顶面、底面和棱面进行部分切割，不会改变作为壳式几何体的基本属性，所述模块结构壳式平面几何体在保持任意相交的二个面固定不变的情况下，允许其余的多个面缺失，且不会改变作为壳式几何体的基本属性。

优选的，多个所述模块结构壳式平面几何体进行叠加、组合，从而得到另一种混合式模块结构壳式平面几何体。

优选的，所述模块结构壳式平面几何体的各个平面由多组条状物进行纵向或横向排列而构成，所述条状物为扁平形平面几何体，构造的平面由一个条状物构成时，所述条状物与壳式平面几何体的平面具有相同属性，所述条状物即为所构造的壳式平面几何体的平面，所述条状物具有一定厚度，其厚度决定所构造的壳式平面几何体平面厚度，利用所述条状物本身结构或其他材质的构件，对多个条状物进行联结固定形成稳固的壳式平面几何体的顶面、底面和棱面。

优选的，所述条状物由多个单元模块进行纵向、横向或叠加排列构成，所述单元模块为扁平形平面几何体，所构造的条状物由一个单元模块构成时，所述单元模块与条状物具有相同属性，所述单元模块具有一定厚度，其厚度决定所构造的条状物厚度，利用单元模块本身结构或其他材质的构件，对多个单元模块进行联结固定形成稳固的条状物。

优选的，所述单元模块为多种形状的扁平形平面几何体叠加、组合构成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的包装制作材料的规格比较多样，不会产生大量边角料，生产工艺简单，便于组装与拆卸，是一种能够多次使用的产品，并且能够重复利用，避免资源产生浪费，能够根据实际使用情况，随意组合成任意尺寸和形状，给使用者带来极大的便利。

附图说明

图1为本发明的棱柱结构剖面图；

图2为本发明棱柱的结构示意图；

图3为本发明棱锥的结构剖面图；

图4为本发明棱锥的结构示意图；

图5为本发明壳式棱柱的结构示意图；

图6为本发明壳式棱锥的结构示意图；

图7为本发明多个面被切割或缺失状态的结构示意图；

图8为本发明壳式棱柱与壳式棱锥组合成混合式壳式平面几何体的结构示意图；

图9为本发明条状物组合状态的结构示意图；

图10为本发明单元模块的结构示意图；

图11为本发明单元模块叠加成条状物的结构示意图；

图12为本发明单元模块构建的长方体包装箱的结构示意图；

图13为本发明包装箱单元模块的结构示意图；

图14为本发明条状物组成的侧板与顶板的结构示意图；

图15为本发明包装箱的底板的结构示意图；

图16为本发明包装箱的叉脚的结构示意图；

图17为本发明固定构件固定后的包装箱整体效果的结构示意图；

图18为本发明包装箱单元模块标注的结构示意图；

图19为本发明扁平状平面几何体的结构示意图。

图中：1板面、2叉脚、3第一单元模块、4第二单元模块、5条状物。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-18，一种单元模块结构的壳式平面几何体，单元模块结构的壳式平面几何体的内部呈中空状，仅留有一定厚度的外壳，单元模块结构的壳式平面几何体包括壳式棱柱与壳式棱锥两种状态。

在具体实施的时候，壳式棱柱由顶面、底面和棱面围成，壳式棱锥由棱面和底面围成，壳式棱柱的顶面、底面和棱面的形态都是扁平状多边形平面几何体，壳式平面几何体的顶面、底面与棱面可以进行拆分与组合，扁平状多边形平面几何体的厚度即为所围成的模块结构壳式平面几何体外壳厚度，该厚度小于模块结构壳式平面几何体的底面几何图形高的二分之一，该底面如有多条高，则数值较小的高满足此条件。

在具体实施的时候，面与面之间以棱线及顶面、底面边沿为结合点进行联结固定形成结构稳固的模块结构壳式平面几何体，使用棱面本身结构或便于拆装的金属构件或其他材质的构件对多个面进行联结固定。

在具体实施的时候，模块结构壳式平面几何体的顶面、底面和棱面进行部分切割，不会改变作为壳式几何体的基本属性，模块结构壳式平面几何体在保持任意相交的二个面固定不变的情况下，允许其余的多个面缺失，且不会改变作为壳式几何体的基本属性。

在具体实施的时候，多个模块结构壳式平面几何体进行叠加、组合，从而得到另一种混合式模块结构壳式平面几何体。

在具体实施的时候，模块结构壳式平面几何体的各个平面由多组条状物5进行纵向或横向排列而构成，条状物5为扁平形平面几何体，构造的平面由一个条状物5构成时，条状物5与壳式平面几何体的平面具有相同属性，条状物5等同于所构造的壳式平面几何体的平面，且大小形态一致，条状物5具有一定厚度，其厚度决定所构造的壳式平面几何体平面厚度，利用条状物5本身结构或其他材质的构件，对多个条状物5进行联结固定形成稳固的壳式平面几何体的顶面、底面和棱面。

在具体实施的时候，条状物5由多个单元模块进行纵向、横向或叠加排列构成，单元模块为扁平形平面几何体，所构造的条状物5由一个单元模块构成时，单元模块与条状物5具有相同属性，单元模块具有一定厚度，其厚度决定所构造的条状物5厚度，利用单元模块本身结构或其他材质的构件，对多个单元模块进行联结固定形成稳固的条状物5。

在具体实施的时候，单元模块由多个扁平状平面几何体叠加组合构成。

实施例一：一种模块结构壳式长方体的单元模块构建的长方体包装箱，长方体包装箱形态是四棱柱，由扁平状长方体顶面、底面和四个棱面围成，属于壳式平面几何体的一种。现有技术中，由于包装制作材料规格单一，易产生大量边角料，生产工艺复杂，不便组装与拆卸，大多为一次性产品，无法重复利用，资源浪费严重，本发明针对现有技术以上特点，对长方体包装箱做出如下改进：

参阅图11所示，对应于壳式平面几何体结构，箱体由6块板面1组成，一块底板（底面）、一块盖板（顶面）和四块侧板（棱面），底板由叉脚2和底板加强筋构成。

每块板面1由若干个单元模块按横向排列组合成条状物5，条状物5纵向排列组合成板面1，为增加板面1强度，每块板面1四周及模块接合处可以叠加一层或多层垂直方向的条状物5。

为便于组装，以及拆卸过程不会损坏单元模块，单元模块之间及各板面1与条状物5之间的联结固定可以使用螺丝、卡扣、插销等便于安装和拆卸的金属固件或其他材质固件（固定构件）。

关于本实施案例的模块设计方案说明：为达到一组单元模块重复使用即可通用于全尺寸包装箱制作的功能，单元模块构成的条状物的长度X与条状物的宽H的值须满足于：长X=a×宽H(a为大于2 的整数)条件。由图18所示。

为增加木箱强度，便于实施，本实施方案采用具有凹凸状的二种形状的第一单元模块3和第二单元模块4，且这两种形态的模块可以相互咬合与相互作用（图12），将这两种模块进行旋转与放大或缩小，即可得到其他类型和其他尺寸的模块。此时在允许一定公差值（通常≤5CM）情况下，可以实现全尺寸拼装包装箱，为符合上述实施例1的长宽比例，当三个以上模块组合成条状物时，相临模块结合中心点间距R=d×H（d为大于2的整数），由图13所示。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。