大二下期中作品集

姓名:王昀 課程名稱:電腦輔助設計與製造 指導老師:林楚卿

Portfolio

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WEEK

學期課程介紹 及課程介紹心得

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第一堂課心得 學生:王昀 課程名稱:電腦輔助設計與製造 指導老師:林楚卿 1.兒時對於3D技術的嚮往 2.對於課堂的期望 3.課程內容 5.甚麼是CAD和CAM? 及各種機器介紹(何為雷射切割? 何為快速成型? 何為 CNC? 何為3D掃描? 如何組裝3D套件? 何為真空成形? ) 6.關於Fab Lab 8.何為Maker? Maker Movement? Maker Space?

9.認識Maker Movement那我們現在要做什麼?

10.課程啟發

兒時對於3D技術的嚮往 第一次聽到3D列印（快速成型），是在小學一年級時爸爸告訴我的。爸爸說 :「世界上有一台很酷的機器，可以列印出立體的物件，也就是說，你想做 出什麼物體，在電腦裡建模完之後，連接到列印機器，就可以印出來了。」 那時我一頭霧水，完全不能理解爸爸的意思。而對於當時想像力豐富的我來 說，腦中直接想到的製作方法是，先用印表機印出平面的紙張，再請多拉A 夢拿出的一樣道具，變變變就變出來了。直到國中三年級時，我參觀了關於 快速成型的展覽，也看到同校學長姐有做出作品，當時覺得非常驚奇，也很 驚訝，從那時起就讓我對快速成型技術有很濃厚的興趣。

對於課堂的期望 對我來說，紙上設計到實體物件始終有吸引力，驅使著我更想認識他。到百 貨公司逛街時，櫃上那些做工精美的商品總能吸引我的注意力；假如他是手 工的，我會想辦法詢問店員這項精品的製作方法；假如他是一台機器，我會 想辦法理解他粗淺的構造。比如說，在誠品總會看見一些有趣的設計品，設 計精美、做工小巧、材料精緻、價格不菲，值得讓人在手上把玩一番，仔細 的觀察每個小細節，不放過任何一個轉角或凹槽，是設計師秉持「精緻」的 原則。從紙上設計走到實體物件，從2D 轉為3D 的過程甚是有趣，時常有種 驚喜的感覺湧現。

課程內容 把電腦中所設計的東西，實際的在生活中呈現出來，我覺得非常的有趣，這 也是對自己在電腦軟體使用上的肯定。上學期上課時，常聽到老師說：「你

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這個在實際製作時會出問題，這個面和那個面是不同的，雖然在電腦裡跑得 出來，但是在輸出成形時，沒有這種面的存在。」當下我就認為，電腦的設 計開發都只是一小部分，要實際製作出一個樣本才是最真實的，因為只有在 東西做出來後，添加了材料、顏色、質感、形狀等，握在手上被使用、拿在 手上把玩或是在生活中時記得與他相處，這樣的感覺才清楚。在上個學期， 我很介意自己做出來的作業能不能在現實生活中實現出來，所以在每個細節 都嚴格把關。而在這學期開學之前，對於這堂課的期待不只是雷切，或者是 說從頭到尾都沒有雷切這個選項，一直以來都期待著CNC雕刻、3D Scanner 、真空成型，這三項技術（嚮往的原因是，那天到元智面試時，早已看到學 長姐們做的作業展，當下非常吸引我）。我期待在這個學期可學到活用技術 ，而不是紙上設計的形式。從平面到立體的物件依然吸引我，假如這件作品 又富有美感，豈不是完美組合！ 大二下學期的電腦輔助設計與製造，主要在教「設計與製造」，和上學期不 同的是，會將物品實際的做出來。在高中時我們在學校就已做過許多小模型 ，所以很清楚，就算在電腦中作得再好的設計，如果立體成型的過程有出小 差錯，將會公虧一簣；但如果能對軟體和工具有更清楚的認識，在電腦模擬 中注意到每個細節，即可解決「小差錯」的問題！既然是如此，更需要專業 的教育和訓練。這堂課主要訓練的項目為「數位控制」，將擁有美學的數位 設計在生活中實際製作呈現。 課程主要以雷射切割(Laser Cutter)、快速 成型(Rapid Prototyping)、CNC雕刻(CNC Milling)、3D 掃描(3D Scanner)、真空成型，及製作3D實體比例模型。上課進度分成三部分，首先 是Lecture觀念與案例，其次為CAD和CAM操作，最後是作業審核；而課程主 要重心會放在CAM。

甚麼是CAD和CAM? CAD(Computer-aided Design)， CAM(Computer-aided Manufacturing)，兩者的字面解釋為計算機輔助設計及計算機輔助製造；簡單來說， CAD是輔助設計繪圖，CAM即為輔助製造。當產品較為複雜，手工難以操作或 需要極高的精密度計算時，就需要用到電腦輔助製造。而同樣的，在這個傳 統機械無法滿足產品精緻度的現在， 數控加工的時代興起，除了日常生活 用品之外，隨著航空業、汽車工業和輕工業要求的增加，產品的結構及形狀 越來越複雜，難度也偏高，所以數控加工在現代佔據了極為重要的地位。 課程中主要重心有雷射切割、快速成型、CNC雕刻、3D 掃描、真空成型等， 那這些器械是什麼？

雷射切割Laser Cutting 雷射切割Laser Cutting， 是一種使用雷射光切割材料的技術，通常應用

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在工業製造，但近年來推廣到學校及中小企業，更是讓社會大眾都理解這種 簡單的技術方式。雷射光切割的原理是通過光學系統，引導高功率雷射光器 的輸出。而雷射光是採用可控制的單色光，其強度高、密度大，通過光學系 統聚焦能產生出巨大的功率密度。

快速成型 快速成形(Rapid Prototyping 簡寫RP)，是一種快速生成模型或零件的 製造技術。先由CAD資料，以精準的堆疊方式排列，再由點堆積成面，再由 面堆積成3D，最終做成實體。此技術相較複雜，但不需要模具的輔助。 此項技術小又精密，不僅在工業設計終能做出實際的產品，甚至在醫學上 也有實際使用過。幾年前有一位在美國的醫生使用快速成形技術，為自己的 病人列印了世界上第一個3D血管化心臟。所以，此項技術不限於工業設計或 產品設計，而是可以通用在各個需要被使用的領域。

CNC雕刻 CNC(Computerized Numerical Control計算機數位控制)雕刻，是在 CAD和CAM的基礎上發展起來的。CNC雕刻是獨特的專業技術，其特色為：精 確製圖機和藝術製圖機制相結合。其中最重要的是「尺寸精確」，得以符合 工業設計原則。因著這項技術日益進步，已逐步應用在產品設計和產品加工 ，而雕刻是一項獨特的設計手法，許多產品的造型是取決於設計師的感覺， 只有曲面和幾何形狀參數，才能保證工業設計能更為完善。藉此，能夠將「 尺寸精確」表達得淋漓盡致的方式，只有使用小刀具高效精細雕刻，其構造 目標為高轉速、高精度、低噪音、低震動、高速功率等特點，小刀具可獲得 較高的削線速度，保持較高的旋轉精度，產生足夠的高速削力，減少震動和 調動斷刀。

3D 掃描 市場可見的3D掃描技術多達數十種，以接觸式和非接觸式為兩大主流。接觸 式量測技術透過探針取得數位資料回傳至電腦上；非接觸式量測技術，也就 是我們俗稱的3D Scan掃描。透過光學鏡頭，配合雷射或不同光源投射的變 化取得物件反射以偵測物體形狀，並加以還原外觀進行3D重建。而常見的3D Scan掃描技術有3種：紅外線、結構光與激光技術（LASER）。3D Scan掃描 技術，是經過無數次精密計算下的數位模型。而如此高科技的產物，也被認 為是準確性最高的技術之一。無論是微小的零件到巨型物件，3D Scan掃描 技術都可以完成還原物件外型。且在易於複製、修改與保存的情況下，可以 廣泛運用在各種行業上。例如：航太工程、刑事鑑定、醫療使用等等。 航太工程、刑事鑑定、醫療使用等等，這三項工作項目需要高度專注的工作 人員，以及絕不出錯的機器，由此可知，3D掃描的精準度必定是相當高的。

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在我的認知中，只要有一顆螺絲鬆脫，整架飛機就毀於一旦；刑事鑑定，需 要有高敏銳度的偵查機器，靠著3D掃描能準確的辨識人臉，進行從二維空間 到三維空間的轉換；醫療使用時，可在短時間之內了解患者身體部位的缺陷 ，立即獲得數據以決定如何處治。

真空成型 簡單來說就是熱形成。透過加熱塑膠片，拉伸出凹凸的外型。片材有分為薄 片和厚片，此項技術可以用在常見的產品包裝，或是公路的標誌牌。 藉由CAD和CAM的電腦繪製及製造，加上CNC數控加工，可以有驚人的工業產 品和商品及重大科學醫療實驗，甚至在刑事偵查上及航太工程都佔據極大的 地位。這些機器聽起來高深莫測、難懂，且離我們的生活距離遙遠。但事實 上，早已有人看出這些器械能平民化，讓大家都可以使用，可以簡單的製造 出自己腦中的設計商品。過程從Do it yourself，到Do it with other 到Do it together，在課程中認識到，現在整個社會走向，是鼓勵大家成 為Maker(製造者/創客)，而引起了一場創客運動(Maker Movement)，這樣 的運動不僅能使國家經濟能力提升，也可以為世界帶來無限的創意。剛好， 就有一群人發現在世界上有這樣的需要，所以在1998年，麻省理工學院的教 授開始提起這項延伸計畫，由open source(開放原始碼、共享資源)為基礎 ， 提供開放、設備完善的數位製造實驗室，而今發展成為鼓勵實作，相互 分享知識的國際性社群與自造者空間，空間名稱為Fablab，目前於全球各地 皆有駐點，目前全世界約有252處。

關於Fab Lab Fab=FABrication（製造）」與FABulous（愉快的、美好的、快樂的） 在這個網站中有許多關於Fablab的歷史、資訊及未來展望https://vmaker.tw/archives/8281 這個網站是Fab Lab的官方網站: https://www.fablabs.io/

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下圖是Fab Lab裡基本配備。

一開始 尼爾早於1998年的時候，在麻省理工（MIT）開設了一門課程，叫做 how to make almost anything，就是《能夠製造幾乎任何東西》。這既 是一門課程，同時也是一個理念，就是未來我們能否通過一種方式，把任何 東西都製造出來。一開始這只是一個專案的延伸計畫，到後來發現這是可以 帶動社會力量的一個起點，開始有人參與溝通，而Fab Lab也漸漸的在世界 中找到自己的定位，及成立Fab Lab的清單。 Fab Lab裡面要有各種可以機械製造的機器，如雷射切割(Laser Cutter) 、快速成型(Rapid Prototyping)、CNC雕刻(CNC Milling)、3D掃描(3D Scanner)。參與的人從小孩到老人，有男有女，且一定要架好設備，並和其 他地區的Fab Lab連線，最重要的是以資源共享為基礎往上延伸。而這是一 個創客空間，環境開放，人來來往往，也有在這裡工作的工作人員可以詢問 ，是個很好的maker space。 靠Fab Lab來製造Fab Lab所需的設備只是升 級的一部分而已，Fab 2.0 也將把設備模組化。以往，若要自己製造設備， 必須從最基本的零組件（電晶體或積體電路）焊起，而模組化後，想建立 Fab Lab的人可以考量自身的財力和能力，決定需要什麼設備，大大地增加 了設立Fab Lab時的靈活度。

何為Maker? Maker Toolset? Maker Space? Maker Movement?

Maker創客，是一群愛設計、愛交流的工作者，以手做和結合數控設計為主 體。不限年齡、不限性別及身分，對設計熱衷、著迷，且擁有強大的實踐動 力。Maker Toolset的內容，主要有Electronics, 3D Modelling, Robotics and Coding.

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創客空間（Makerspace） 他們以交流技術及思想為動力，則成了自造者文化的載體。倡導以合作(協 作)為主體，空間設置可能在學校、私人機構、圖書館或其他閒置空間，用 於製作、學習、探索和分享。 Maker Movement創客運動，到現代是一種文化趨勢。他重視的是個人成為 事務創造者和消費者的能力。

認識Maker Movement那我們現在要做什麼? 創客運動是現在的文化趨向，那們我們在生活中應該做一些調整。應該直接 走到創客空間了解這一群滿腔熱血的工作者，我相信在那裡會找到一群非常 專業的工作人員，能夠和他們交流自己的想法，獲取更多的建議。這種文化 趨向，帶領我們對自己及他人的生活更實際的參與，同時社會有更大的貢獻 。

課程啟發? 在第一堂課結束之後，我更了解現在的社會比過往重視合作能力，常說「一 個人可以做很多，但一群人可以走更遠。」我想，莫過於如此吧。我相信一 開始MIT的教授Neil Gershenfeld應該也沒想到，當初提這項延伸計畫可以 走到現在，並改變教育走向、世界趨勢，能夠達成這樣的目標並非他一個人 的成就，而是在過程中有許多有興趣的人參與，一起規劃、探索、研究專案 ，再推廣出去，漸漸的他們能知道自己在社會中的定位，也知道如何以合適 的手法把Fab Lab推廣出去。 經過這次詳細的資料查詢、觀看影片，讓我更了解現在社會走向，或許Fab Lab只是一小部分，但我相信在世界各地一定有更多類似的地方正在推廣。 在生活中我們依然常常看到設計精美、做工小巧、材料精緻、價格不菲的設 計商品，這些事是設計師秉持「精緻」的原則；在世界中能看到數控加工已 實用在航太工業、刑事鑑定、醫療器具等需要高精密度之科技應用上。但其 實這些實用技能離我們的生活不遠，我們可以為自己的生活打造更便利、更 舒適、更有連結感、更的挑戰性的環境，並且在社群中，可以遇見一群願意 一起工作、討論、溝通、尋找問題，且有能力解決問題的人。 我們每個人都可以成為多拉A夢，在別人有需要的時候伸出援手相救，拿出 道具解決問題，在無助徬徨的時候給予鼓勵和陪伴。Laser Cutting、 Rapid Prototyping、 CNC Milling、3D Scanning及真空成型製作方法 不再和生活保持距離，而是我們有能力、有資源、有空間去實踐的。我們是 maker，一切都不是問題。

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雷射切割圖案

A

B

C

全割

淺割

在 Auto CAD 中 畫 好 切 割 圖 ， 並 在 圖 層 中 區 分 出 s t u d e nt c u t 和 student t e x t ， 分 出 全 割 和 淺 割 。

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成品照 淺割的部分方便折起，全割的部分可以做出不同維度的造型， 一折一凹，生成有趣的形體。

A

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B

C

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凹折過程 在凹折的過程中要注意力道，太大力會導致凸面容易斷裂。

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雷射切割過程 雷射切割後，塑膠板會有燒焦的痕跡。

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WEEK Kerf Bending Lamp

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燈光在空隙間穿梭， 向黑暗中的一顆寶石閃閃發光。 16

grasshopper程式圖:

render模型照

燈罩成品模型圖

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kerf

bending燈罩是

在grasshopper中以 重複排列的方式，挖洞 簍空的方式製作曲面， 並在rhino中建好立體 模型。

莫比烏斯環成品照

在製作燈罩的kerf bending之前，我們先在 autoCAD畫了一個以兩個 同向，一個反方向的切面 製作出莫比烏絲環。 18

組裝過程及 雷射切割過程

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WEEK Continua_TileDesign

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成品模型圖

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grasshopper程式圖:

render模型照

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成品模型圖

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快速成形的過程，是層層堆疊。 在建模過程中最難的是調到剛好的數值， 在把每個個體接起來的過程中沒有破面。

組裝過程及 雷射切割過程

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WEEK

Waffle Structure-1

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grasshopper程式圖:

render模型照

雷射切割過程

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組裝過程 在組裝過程時最困難的部分，是 要對其卡準、固定位置。當全部 都找到位置後，需要用白膠將接 31

合處黏牢。

成品模型圖

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WEEK

Waffle Structure-2

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grasshopper程式圖:

render模型照

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雷射切割過程

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成品模型圖

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