教導學生使用CNC銑床:製作錫蠟鑄件

六月 22, 2016
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保羅‧柯林頓(Paul Clinton)在19年前當上工藝課老師,而現在他是一位「工程技術」的教育者。這個頭銜來自他所屬位於科羅拉多州、15年前承諾推廣STEM(科學、技術、工程和數學)教育的學區。他的主要目標是利用學校設備完善的製造實驗室為學生帶來實際操作的學習體驗,但這不是他唯一的目的。

他想要讓學生瞭解在商店裡貨架上看到的產品並非憑空而來,因此他帶領學生用CNC機器製作錫臘材質的鑄件,學習製造工業的原理。以下是他所分享、製作一款學生設計的紙鎮的逐步說明。

「學生們普遍和產品製造的過程有明顯的脫節」他說道。「很多產品的製造過程有用到模具。」

保羅‧柯林頓是科羅拉多州丹佛市櫻桃溪(Cherry Creek)社區的工程技術老師。他用這個鑄造專題做為中學學生的教材。
現年41歲的柯林頓和越來越多的教育工作者一樣,正重新調整技職教育和工藝課程,讓它們適用於新的經濟環境和新環境所需的工作技能。

他上課的地點是丹佛一帶櫻桃溪學區內七間中學之一。根據該學區的技職教育協調員傑‧摩爾(Jay Moore)所述,很多學校最近才開始重視STEM教育,但櫻桃溪的學生們使用製造實驗室已經有好幾年的歷史。
他說得沒錯。在十年前摩爾還是學區內一位老師時,他就把3D列印引進他的學校。當時一臺3D印表機要價40,000美元,而且跟冰箱一樣大。

櫻桃溪對這方面的的重視不僅走在時代尖端,更深入社區的基層。從這件事就可以看出來:四年前,該學區的選民投票通過發行1.25億美元的債券,主要用於推動STEM課程、擴充設施,以及為已經相當完備的製造實驗室添購更多設備。
在這個有56,000名學生的教區學區裡,學校的課程確實與時俱進。柯林頓所屬的Cherokee Trail中學共開設11種不同課程,例如建築設計、電腦輔助設計、準工程技術、機器人技術,甚至有一門課名為醫學暨永續性技術。

此外,這些課程都在每間學校的製造實驗室進行,使用雷射切割機、大型雕刻機、3D印表機、Roland電腦割字機Roland UV-LED印表機以及Roland桌上型CNC銑床等工具。櫻桃溪學區擁有10臺Roland桌上型銑床。柯林頓、技職教育協調員摩爾和其他老師皆表示這些機器使用簡單、安全又耐用。

櫻桃溪的中學生從一年級就開始接觸製造實驗室的專題。這樣的課程在教他們工具的使用之外,更重要的是讓他們學習原型設計,因為這是長期來看更符合職場需求的技能。

柯林頓的錫臘鑄造專題就是為此設計的。

這種課程會帶領學生設計、製作錫臘鑰匙圈、墜飾,以及在柯林頓的專題裡所製作紀念科羅拉多州和它的首府的紙鎮。

柯林頓說,這個專題可以達成兩個目的:它讓學生認識製造實驗室裡的Roland MDX 540Roland MDX 40A機器,也讓他們瞭解造模的原理,尤其是思考如何讓鑄造材料流到模子的所有角落。

柯林頓說,這個專題大約花七節課的時間完成,在過程中會教學生軟體和其他技能,而且只需要幾種基本的材料:錫臘、滑石粉、兩塊5”x5”的中密度纖維板(MDF)、夾子和表面處理用的手工具。

柯林頓採用的無鉛錫臘來自Amazon販售的一磅鑄錠,每個約27美元。他說一個鑄錠就夠一班16名學生使用。

以下是這個專題的每個步驟:

第一步:手繪設計草圖
柯林頓對學生的想像力沒有任何限制,但有設定設計的尺寸上限,以節省材料。這裡用的例子是17歲二年級學生亨利‧維也托克(Henry Kvietok)的設計,以科羅拉多州的首字母C配上丹佛市的天際線做為背景。
第二步:將草圖轉換為STL

在這個步驟,柯林頓教學生使用學校常用的CAD/CAM軟體SolidWorks。

第三步:將STL檔轉換為Roland SRP

櫻桃溪的另一位工程技術老師亞倫‧瑞德朗德(Alan Rydlund)表示Roland銑床隨附的SRP軟體使用容易,更讓他調整了教學的重點。「我不再把專題當成銑床使用的教學,而是原型設計的課程」他說道。

第四步:在其中一塊5”x5” MDF板貼雙面膠

雙面膠有足夠的黏力可以把MDF板固定在這個專題使用的Roland MDX 40A CNC銑床上。

第五步:把MDF板固定在Roland CNC機器,製作陰模

柯林頓稱讚Roland DGA MDX CNC銑床特別適合經驗不足和專注力低的青少年。此外,他說這些銑床使用起來高度可靠。瑞德朗德則說,以前銑床在運轉時他都要隨時注意,所以當運轉時間長的時候,這項工作就有相當的挑戰。「但現在我可以讓Roland銑床整夜運轉」他說道,完全不擔心過程會出錯。

第六步:在MDF模的兩面塗抹滑石粉。

用刷子來塗抹。滑石粉(亦可用爽身粉)有脫模劑的效果。
第七步:把兩面夾起來

在照片的例子裡,我們用了三個夾子,確保模的兩面緊密貼合,減少事後需要清除的邊緣溢出。
第八步:把錫臘倒入模中

柯林頓鼓勵學生親自進行每個步驟,但因為部份學生對處理高溫金屬有疑慮,他還是會代替學生完成這個步驟。
第九步:把模拆開並取出鑄件

務必讓鑄件充分冷卻,大約需20分鐘。
第十步:用剉刀和其他工具進行鑄件表面處理

柯林頓說:「學生們非常喜歡這個專題。他們是第一次接觸熔態金屬,而且做出的成品可以用一輩子。」

Cherokee Trail中學學生維也托克在這個專題裡做了兩個紙鎮。以下是他的成品。
他說這兩個紙鎮一個要自己留著,另一個送給父親。然而,年輕的維也托克獲得的可能才是最棒的禮物。「我真的很喜歡這個專題,因為我把一個獨特的設計概念變成實際的成品」,他說道。「模具的鑄造過程跟我規劃的一樣,這讓我很有成就感。」
 
關於贊助商:Roland DGA公司負責位於日本濱松的Roland DG公司在南北美的行銷及銷售。除了提供電腦割字、個人化、快速成型技術、零件製造及醫療、牙醫CAD/CAM領域的多種先進數位產品。Roland DGA同時與美國各地的專門經銷商合作,鼎力支持STEM課程的推廣,並提供課程規劃、器材、訓練及支援。 
 
Sponsored Content Roland 本文由Roland贊助刊出

​(譯者︰屠建明)

[原文]

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