以數位設計打造完美的榫接作品

八月 29, 2016
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榫接是一項有著數百年歷史的古老木工技術,作用是將分離的物件接合在一起。許多時候,要接合分離的物件都需要額外使用扣件、綁帶或黏合劑,但只要有合適的榫接結構,就能僅靠物件間的摩擦力穩固地做到這一點。藉由學習這項古老而重要的技藝可以使我們獲益良多,若將這樣的概念應用到數位設計上,更能夠大幅改善模型組裝的成果。
利用數位設計和組裝接合的物件,最大的好處在於你不必使用特殊的配置、工具和配件就能達成。如果設計得當,只需要一臺3D印表機、雷射切割機、水刀或CNC工具機就能重複生產能巧妙接合的物件。

模壓分割線

打造接合處的細部結構
在最單純的形式中,打造接合處的過程可以分為三個步驟:
1.    在物件上繪製分割線/接合處的細部結構
2.    沿著切割線將物件分離
3.    將分離的物件分開儲存

模壓分割線的好處

簡明易懂
只需要更動一條分割線就能進行調整,大大地簡化了修正過程。
方便校準
校準是3D列印物件很頭痛的問題。對頭接合(Butt joints)較難以校準,搭接接合(lap joints)則較複雜脆弱。若使用會迅速黏合的黏著劑來接合物件,又會使問題變得更加複雜。榫接的方式可以減低校準的不確定性,讓物件可以重複多次接合。
明確的指引
在對稱的設計中,物件的擺放指示並不明顯。在其中加入不對稱的設計,可以讓人辨識出物件正確的定位,並正確地組裝。
物理性的接合方式
鳩尾接合(Dovetails)以及其他包含倒角或死角的分割線,讓物件能在不使用黏著劑或額外扣件的情況下接合。對於需要重複接合的物件來說非常好用。
附著力
物件之間的良好附著力,除了可由妥善的設計或良好的黏著劑做到以外,物件之間的接觸面積也是重要的因素。分割線之間密實的接觸,可以增強物件之間的附著力。

成功的秘訣

榫接設計指南
為了做出最完美的成品,我們很容易過度思考與設計,然而,完美通常是進度的最大敵人。我們應該盡量簡化解決方式,並記住以下的榫接基礎:
對頭接合:易於設計,但不容易校準。
图片

搭接接合:能良好地校準,但若用3D列印較複雜脆弱。
鳩尾接合:能將物件鎖定在一起,還可以輕易地組裝和拆卸。
方鍵(Square keys:能讓物件精準的接合,適合與黏膠一起使用。
不對稱鍵(Asymmetrical location of keys):有明確的接合指引。
3D列印指南
當你要接合兩個物件,請務必考慮到容差(tolerances)問題。3D列印的物件尺寸會因數位檔的來源而有所差異,在印製時都必須考量到這一點。通常專業的3D印表機的容差較小,而業餘印表機則容差較大。我們用使用兩種印表機做為實驗對象,分別是Stratasys公司的uPrint以及Makerbot的Mini。使用uPrint的成品之間僅需極小的空隙(.005 in / .127 mm)就能藉由滑動順利接合。Makerbot則需要額外的空隙(.015 in / .381 mm)才能接合。這之間也有許多其他的考量因素,需要經過多次測試,才能有自信地印出完美物件。
影響3D列印精度的因素
  1. 印表機的種類及等級
  2. 材質的選擇
  3. 物件的列印方向
  4. 層疊厚度
最佳測試程序
對於想要讓專題完美接合的人來說,測試程序能消除所有的不確定性。我們總是會遵守以下的規則:
  1. 分開列印要接合的物件,並先印一小部分來測試印表機的容差。
  2. 太緊或太鬆的接合處,只要將物件分開調整,不用花費太多時間和材料就可以解決問題。
  3. 到了測試的最後階段,請使用相同的印表機設定,以便能重複印製。
  4. 到了測試的最後階段,請以相同的方向印製,以便能重複印製。
(譯:鄭宇晴)
原文
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