我们的先辈跟"造东西"之间的距离,又近,又远。
在过去,许多人家房子要自己搭、酱菜要自己腌,布要自己织,除了打铁做陶这种事情非得交给专业的以外,几乎什么都能自己干。
也有许多关于制造的知识在小群体里世代流传,外人不得而知。比如在河南偃师的二里头发现的早期文明遗址,就有一个集中的作坊区,只有一万平方米大小,青铜器的铸造就集中在那儿。考古学家推测青铜铸造是由特定的工匠家族来控制的。
而二里头也不过是个很小的城市,南北一千多米,东西两千来米。你能想象,普通居民随便走走,就会路过炽热的熔炉。
走,到城那头看人搬砖去!
现在,我们跟"制造"之间的距离也是又近又远。
近代以来的工厂与古代的铁匠不同,自成体系,工厂满足需求,工厂创造需求,进而产生了富士康这类数十万人的"园区",以及彼此协作配套的珠三角、长三角制造中心。园区附近的普通城市居民除了抱怨空气污染之外,就好像与"制造"没什么关联。
但随着教育的触手可及,排斥陌生人进入的行会越来越少。尤其对于那些读过技术学校或是大学理工科的人而言,去网上看一些教学视频,就能入行。
因此在现代社会,普通人既不觉得"制造"这件事情神秘,也不再需要事事自己动手,反而被一种"熟悉的隔离感"包裹着。
重新成为能够制造的人
当你需要特别的工具时、当你有表达思想or展示个性的需求时、甚至当你有某个商业计划时,你即可重新成为一个能够制造的人。
也许现在就有人在寻思着造个"能够自由组装变形的猫爬架",开始自己的宠物用品业务。你会花许多力气来准备渠道或者众筹宣传,当然也得自己动手或是请人来把产品的结构设计完美,并且考虑好该怎样去制造。
你所需要的技能:
第一步,动脑
想清楚自己要什么,对尺寸材料、简单结构有了最基本的概念。这是现代人类的基本能力,无需特殊训练。
更要紧的是,让散乱、模糊的日常思考变得明确。
我们来举个例子吧——"我想要个可以随意组合改变形状的猫爬架",再想仔细点,会是什么样子呢?
1. 我要一个猫爬架,它得能够让猫咪爬上爬下
2. 它得裹满毛线或者是麻绳
3. 它得像大号乐高积木一样能够一块块相互连接,还能随意组合,给猫新鲜感
4. 它可以用水直接冲洗,很快就能干
……
把模糊的需求具体化之后,我们就能看到难点了。2与4的需求存在冲突,如果是用毛线或者麻绳包裹,水冲洗过后,干透的时间就要很久。而且清洗消毒效果也会欠佳。
舍弃次要的需求,满足首要的需求,或者是另辟蹊径找出两者兼备的新方法,我们随时可以这样试试训练自己的思维。
第二步,动手
我最推荐的设计软件是 Autodesk 公司提供的 Fusion 360,个人用户可以获得一年的免费许可。
我们可以像搭积木一样随意画出长方体或者圆柱,用这些结构来组成想要的样子。也可以做得"更专业",去完整看两三集在线的教学视频,学会如何画出一个壳体。
仍然拿猫爬架为例,只要你能够学会画带圆孔的平板以及对应直径的圆柱,那么距离可用的猫爬架就不再那么遥远。学会画出这两种结构需要多久?5-10分钟就足够了。
第三步,实现
从图纸到实物,曾经是门槛很高的事情。19世纪初,英国科学界的大人物查尔斯·巴贝奇有了自动计算机器(差分机)的构想,花费了英国政府17500英镑之后,他只收获了一台半成品。差分机的经历如此坎坷,一个原因是当时全英国能够有能力制造出符合要求的精密加工零件的工厂寥寥无几。巴贝奇与顶尖的伦敦机械工程师约瑟夫·克莱芒在此项目上合作多年,却因工作风格与结算方面的纠纷,不欢而散,从而让差分机胎死腹中。
与巴贝奇相比,今日任何想要创造东西的人都是极度幸运的。通过搜索引擎或是阿里巴巴之类的网站,许多精密加工工厂都不介意替你加工。
量产和打样
不难发现这些加工工厂所报出的加工价格往往会有两种:"批量价"和"打样价"。
现代工厂,是基于大规模生产与大规模协作来组建和运行的。假如某种加工需求数量极小,并且可能随时改变设计,那么相比于常规生产,其成本就自然会增加许多。当生产工艺涉及到模具时,这种成本差距甚至会是成千上万倍。
幸好,假如猫爬架的主体结构是木头,那么只做一套两套,也是能够在阿里巴巴这个网站上找到适合的加工商的。但如果我们想做的是一两个塑料的猫用饮水容器,传统的制造企业应该会直截了当地拒绝。
有的产品能够一两件加工,有的不可以。因此诞生了一种特殊的工厂,他们只专注生产"应该批量制造却只先做一套"的东西。这种东西,英文称作 Prototype,通译为原型,而在珠三角制造行业当中流传的称呼是"首版、首办、手板"等。如果你是人形玩偶爱好者,也许会熟悉"手办"这种称呼,也即 Garage Kit(GK),真正的含义是模型设计师在小车间里面所做的最初的若干个原型人偶。
制造Prototype的过程就是Prototyping,也就是所谓"打样"。对于本来需要模具才能制作的那些零件,打样时则会用其他工艺来模拟替代。比如过去最常用的是CNC数控加工,在原料上用刀头切削掉不需要的部分。在某些特殊行业,专业的师傅手工制作原型也是不奇怪的事情。
Prototyping曾经是一件很贵的事情。因此有很多个人与厂商都付出努力去制造一些工具,好让人们能够自己轻松又节约地验证设计和创意。
比如便携式数控加工(Pocket NC)就是这类工具当中非常有趣的一个。它是能够摆放在书桌上的微型五轴数控加工设备。假如你已经会用Fusion 360画出零部件的数字图纸,那么再稍微看一下学习视频,就可以使用同一个软件界面来控制着Pocket NC把木头、塑料甚至铝合金块切削成所需的零件。
简单说来,CNC是把一块比所需要的零件大一些的原材料逐步去除不需要的部分,获得最后的结果。而3d打印,则是从一片空白开始,逐步挤出融化的塑料,一边冷却,一边堆积,产生所需要的结构形状。
官方介绍:三弟3D打印是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
如果你在考虑选用什么工艺打样,那么就有必要预先了解这些工艺的界限。
对于Pocket NC这类微型数控机加工设备而言,最大的瓶颈在于加工尺寸。如果我们要做一个钥匙扣大小的东西,毫无问题。但要做个全铝合金的电脑机箱,那就会超出加工尺寸范围。
对于常见的3D打印机而言,最大的瓶颈是材料性能。多数3D打印机使用PLA与ABS两种非常容易热熔的塑料来制作,但这两种材料的力学性能与耐热、耐腐蚀能力都不算上佳。我们日常塑料制品所用的PC、PA(尼龙)、PP等,常见的机器是无法良好打印的。小部分3D打印设备的工作原理是利用可见光或紫外光来固化光敏树脂,也有同样的材料性能局限。如果我们要打印的产品,对材料有一定的要求,那么便要仔细考虑使用哪种3D打印了。
这些都是三弟打印的
如今3D打印已非新鲜事,大量的创新产品热衷使用3D打印工艺制作测试产品。
比如这只俊俏的人工智能Astro机器狗,三弟打印的
又比如这个微型3D打印机器人,比蚂蚁还小~据说有朝一日它们会组队工作,可能将会在人体内完成医疗任务。
(我好奇打印它的三弟打印机有多大…
那么除了打样,我们可以用3D打印直接造出成品吗?当然可以,这取决于多方面的权衡,最大化发挥三弟的优势——
首先,当3D打印的效果不逊色于批量制造甚至超过传统的加工工艺时,应用场合又能够承受其价格时,三弟打印能最大化实现用户个性化定制。
比如火箭、飞船、飞机、超级跑车的某些结构用起3D打印工艺来,成本便不是问题。
然而只要豪用户乐意,通过三弟打印来定制个性化家具、灯饰等,也完全没问题。
又比如人们矫正牙齿所用的矫形工具,由于只能根据每个人的身体定制,换成3D打印,效果可与传统牙套媲美,成本甚至更低。
再比如当人们极度需要某样量身定制的产品。
其次,在低成本情况下,人们能否接受3D打印相对于传统批量制造较差的表面效果、材料性能?这时,设计本身是否有趣、3D打印带来的特殊结构是否有吸引力,也是一大关键因素。
说到吸引力,不免想到艺术。没错,艺术和三弟的关系越来越密切了。这也是受益于三弟打印的另一大特性,它可以实现很多传统工艺无法轻易得到的复杂中空结构。比如下面这个可堆肥生物塑料(bio-bricks生物砖)通过3D打印做的装置艺术:
服装设计师也开始把3D打印技术带来的新的美,应用到了服装上:
3D打印拓展着新的商机,崭新的可能纷至沓来。
比如MUJI,利用3D打印,实现模块化设计,让一件物品有多种模块方案和用途。而组合这些不同方案的彩色链接件,便是用户自行通过3D打印来完成的。MUJI只向用户提供了这些零件的3D文件,从而避免了零件的仓储问题和浪费现象。
最后展示一个支架,我从构思到完成成品,只花了一天时间。仅重3克的小小支架,能不能可靠地撑住9.7寸的iPad Pro呢?实验之后,我发现毫无问题。利用3D打印,我能够快速且相对低成本地使用中空设计来把它的重量降低到前所未有的程度。虽然说单个成本比起模具制造来仍然要高了许多倍,但与同类物品的零售价格比,也不会显得更高。
(以上文字内容由开造团队原创,原载于公众号【开造】上)
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