打造能讓堅硬材料彎曲的活動鉸鏈

四月 25, 2017
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堅硬的材質不易彎曲,但我們可以善用其微幅的彎曲創造能大幅彎曲的「活動鉸鏈」,其美感也是獨一無二。現在就教大家怎麼做!
我特別喜歡用雷射切割機來突破材料的極限。在本文中,我將介紹「活動鉸鏈」,教大家如何彎曲堅硬的材料(甚至做成彈簧!)。這個方法格外適用於木材和壓克力,最終成品出乎意料地富有美感!
更重要的是,我會試著融入一點理論,讓你自行找出其他更棒的應用方式。

1. 

  • 我所謂堅硬的材料是什麼意思呢?堅硬的材料就是在一定長度下彎曲幅度有限的材料。
  • 壓克力十分堅硬且幾無彈性,外型卻十分美觀。我們該如何彎曲壓克力呢?
  • 我所裁切的壓克力樣本可以輕鬆完成雙向180度彎曲,或者當作彈簧使用。
  • 這是如何辦到呢?下一步,我會介紹其物理特徵和幾何原理。

2.

  • 我使用免費3D模型軟體Google Sketchup設計。上方截圖是最簡易的活動鉸鏈:Z字型。
  • 記得我如何定義「堅硬」嗎?壓克力在一定長度下彎曲幅度有限,如果不信邪繼續硬拗就可能會斷裂(若想試試看,請記得戴護目鏡)。
  • 這塊壓克力樣本長120mm、寬40mm、厚5.5mm,若不借助活動鉸鏈的技巧,這樣的長度至多只能彎曲2~3度。
  • 我將會延長壓克力的長度,在小空間中完成大彎曲。圖中「彎曲帶」只有39mm,但Z字型彎曲處有9條40mm長的壓克力,加總起來相當於360mm,換句話說,活動鉸鏈的長度是整塊壓克力的3倍。
  • 此外,原本厚度5.5mm的壓克力,因為Z字型寬度只有2mm而已,因此在活動鉸鏈區會變得較「薄」,這也能大幅提高彎曲的幅度。

3.

圖片

  • 這項設計的缺點是太脆弱。別忘了在整個鉸鏈區,Z字型之間只靠2mm的壓克力連接。
  • 此外,每個Z字型的頂部和底部都是2mm,那是整個鉸鏈最脆弱的地方!
  • 最後,這項設計(非常靈活又容易理解)除了能沿著鉸鏈軸大幅旋轉外,也很容易朝其他方向扭轉。
  • 知道了背後原理後,我們有可能改良這項設計嗎?當然可以!

4.

  • 基本上,透過銜接兩個Z字型,我們可以維持鉸鏈的高靈活度。
  • 而中間幾條銜接的橫槓,能大幅強化整個物件的支撐力。
  • 這也能避免扭轉和延展(但不一定好,端視你的目標而定)。
  • 問題:有些有2銜接的橫槓,但有些只有1,所以仍有弱點存在。
  • 解決:如何彌補這個缺陷呢?我們不妨進一步嘗試「三重Z字型」(下一步)。

5.

  • 最後這個交錯的設計圖,我個人稱為「三重Z字型」,堪稱我目前試過最堅固的變體。我看過其他人採用這種設計,所以我應該不是第一人,但用在壓克力上倒是個創舉。壓克力較木頭無彈性,因此我針對厚度5.5mm的壓克力,決定將間隔和Z字型寬度都設定為2mm。
  • 請注意每個「Z」之間都有2條銜接處,幾乎可避免扭轉。
  • @solarbotics成功製作出壓克力狹縫,@9600和@talkdarknweirdo也一直在這個領域長期耕耘,我猜我們都受到這個網頁的木工技巧啟發:https://snijlab.nl/nl
  • 這個設計的強度和靈活度都很高,且不易扭曲,看起來也很美觀!我希望不久的將來,可以用這個技巧製作電子元件外殼。
  • 我希望你們會覺得這個技巧和介紹很實用。請試著自己動手做,並在Maker社群分享你學到的東西。開源知識能讓這個世界更美好,謝謝大家!
(譯:謝明珊)
原文
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