faBrikation：3D列印+樂高=快速成型

2014-02-27

使用faBrickator軟體比列印出整個3D模型更省時

與雷射切割、CNC銑床等其他的快速成型相比，3D列印的速度很慢，如果製作過程中還得重做好幾次，那就更不用說了。faBrickation專題針對這項問題，提出一個簡單的、即將開放原始碼的解決方案，讓設計者能把3D模型的組合分為兩部分──樂高積木的部分，與3D列印的關鍵部分。如此一來，列印速度可以加快，組裝和修正的時間也會縮短。我找到專題負責人Stefanie Mueller，並詢問她有關積木組裝的優點和應用。以下是我們的訪談內容。– Anna Kaziunas France

faBrickation是什麼？它如何運作？

faBrickation（積木組建）是一種用以加速3D列印模型製作的新方法。主要的概念是為了節省時間，所以只印出高解析度的部分，並以統一規格的建構積木代替剩下的部分──我們使用的是樂高。舉例來說，在製作一個頭戴式顯示器的主體時，使光學路徑正確是我們的首要任務。

我們的系統「積木組建機」（faBrickator）可以讓使用者將鏡片的轉接環標示為「高解析度」，也就是3D列印即將負責的部分。積木組建機接著會輸出3D列印的部分，並指導使用者如何搭建樂高積木。結果顯示，運用積木組建的頭戴式顯示器只需要67分鐘即可完成，而一般的3D列印卻要花費14小時又18分。如果使用者還想在設計上進行修改，積木組建機更提供只需重做修改部分的方便服務，例如我想要修改頭戴部分的零件，讓它使用上更舒適，我只需要印出該區塊然後進行替換。

積木組建一台頭戴式顯示器（圖解）

談談你自己和共同研究計畫的夥伴

我是哈索‧普拉特納學院人機互動實驗室的博士生，指導教授是Patrick Baudisch。我們很幸運能與許多優秀的研究生及大學生，還有我其他的共同研究者Tobias Mohr、Kerstin Guenther和 Johannes Frohnhofen一同共事。他們協助我們把專題概念打造成為真正的軟體及硬體模型。我很開心能和這麼多優秀的工程學生進行這項專題。

是什麼讓你想要創造積木組建機？

3D印表機是很棒的快速成型工具，但也很慢（圖中的頭戴式顯示器用3D列印製作將會多花費14小時）。然而，速度很重要──如果列印時間超過一天，設計進度就會受到侷限，一天只能完成一項修改。因此，為了使成品更加完美，一般的重複列印過程可能會長達一星期，而實際上的設計工作卻可能在一天內就能解決，這是3D列印在現今一般的設計工作流程中遇到的瓶頸。

選擇必須修正的部分進行3D列印

有經驗的設計者在解決問題時，多半會在組裝過程中使用各種組裝技巧編造模型，然而，這需要大量腦力和長久累積的經驗。有了積木組建機幫我們解決問題，設計者可以透過系統，快速定義分別由3D列印和樂高建造的部分。積木組建的方式適合重複修正，不過最後的整體模型當然還是要以完整的3D列印呈現。換言之，積木組建適用於準備工作。

這類型的設計和建造方法有什麼的可能性？

我們認為積木組建最主要的目標使用者是製作實體模型的設計者，這些設計者會在實體模型的製作過程中遇到許多外在限制，像是顧客需求和功能需求上的改變，因此必須接二連三的重新製作，而積木組裝能讓這些使用者節省不少重複製作的時間。使用者不但能加速製作模型的雛形，後續的部分修正更能省下大把時間。使用者不需要重新列印整座模型，只要重新列印修正的一小部分就可以了，因此一天之內即可以進行各種設計上的修正，而不是等待列印過程等到天荒地老。

概念驗證：錢幣發射器、肥皂盒和頭戴式顯示器

積木組建機的限制是什麼？

積木組建機只能應用於功能性物品，也就是形狀限制不大的物品，通常具有某項功能性目的，像是肥皂盒和錢幣發射器。絕大部分的積木組建機都能以各種不同的方式完成一項指定的功能性目的，使用者可從中挑選一個最快速的方式。不過這種方法無法應用在藝術、裝飾等重視形狀的物品設計上。

我想要加入積木組建的行列！我該怎麼開始？

我們創造了一個非常初階的預覽版本，也就是我們用來拍攝影片的版本。我們目前完成了積木組建系統的最後階段，因為我們將在2014年5月的CHI研討會上進行現場展示，而且我們論文「faBrickation: Fast 3D printing of Functional Objects by Intergrating Construction Kit Building Blocks」也即將發表。研討會之後，我們將會在GitHub上開放軟體來源。