3D列印這臺迷人的動力波浪機器

九月 5, 2017
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過去幾年我見到不少讓我印象深刻的動力藝術,通常這類型的作品都是用簡單的機械結構,模擬有機體的動作。然後某一天,我就決定自己做一個動力藝術的作品,我的點子是做一個「波浪機器」。我不是第一個想到這個點子的人,過去有很多人用類似的機械做出不同的版本,如果你上網google搜尋「波浪機器/wave machine」,你會看到許多種不同類型的作品。
我的想法是在凸輪上架會搖擺的「手臂」,這個凸輪要是可更換的,讓我可以模擬各種不同的波浪。

我一開始想像這個專題是一個用銅與鋁製成的機器,我覺得又硬又具有份量的金屬和輕柔流暢的動作搭配在一起,應該可以很明顯地觀察出它們的特性。為了做這件事情,我學了一些CNC加工,我購入Tormach 770 CNC機幾個月了,終於對於進行這個專題上手些。

在我開始製作前,我做得決定一些事:我要設計專門的裝置來支撐所有的東西,讓所有的零件發揮到其最高的效果嗎?還是我要把一半的時間跟精力省下來,直接用我所知道最快速的方式製作金屬零件?由於我的暑假排滿了世界各地旅遊行程,我決定選擇比較快的那條路。如果你是個機械工程師,你一定會想到許多可以讓我的成品更加完善的方式,但是那些方法大部分都需要特製的托架,以及花費更多時間。

理想情況下,這個專題應該是完全不會使用到塑膠。我很喜歡3D列印,但我認為如果專題能夠不使用塑膠,更有它的價值。但是我真的沒有時間可以找到一套工作的方式,能夠用機器製作出凸輪的部分,所以我就直接使用3D列印。我有個四軸機,但是可能要等到我有比較有空的時候,才有時間來研究。
既然我已經有了3D模型設計好的東西等著我,我只要再微調幾個必要的地方,就能把這個專題變成可以3D列印的版本。

如果你想要3D列印這個專題,請見Thingiverse上的檔案

鋁製機械手臂

手臂是這個專題開始前,唯一有清楚的樣子在我腦海中的零件,我知道我想要長的曲線,曲線的尾端要有幾個小洞。我在腦海中勾勒手臂的形狀,我量了我的黃銅條,決定孔洞的大小,然後從那裡開始做起。
我家附近的金屬店有好多這種小型6mm的鋁製薄片,所以我決定要讓手臂6mm厚。

我花了些時間構思要怎樣支撐這些鋁片,才能讓手臂動起來。理想中我應該要設計特製的托架,這樣才能有個完善的表面,並且所有的邊緣都呈斜角。然而,有限於我製作這個專題的時間(大多都是我忙碌暑假中的夜晚和週末),我決定直接切割出形狀,越快越好。

銅製機械底座

底座是在我完成手臂後才設計,結果手臂的細度遠大於我所使用的大型金屬底座。一開始,我嘗試支撐起手臂,但是相當的不平穩,失敗了,最後我選擇把所有的多餘材料組裝起來,雖然有些浪費,但是這樣我就可以沿著手臂切割出手臂的輪廓。

3D列印凸輪

這個凸輪是這項專題的魔力來源,我知道我要用3D列印來製作,因為我目前想不到其他更有效率的方法做出這個平滑的形狀。我非常滿意做出來的效果,即便我所使用的是最低解析度的列印設定。
完成凸輪的設計後,我決定要做一個3D列印版的設計。由於3D列印比較不像加工,需要大量的勞力,我可以更加輕鬆的實驗手臂的厚度。我最後選擇2mm厚度的手臂,這樣便可以排列更多隻手臂,讓波浪的形狀更明顯。
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