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创客的工具(机械篇)

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      创客的创造,就像一场筹划已久的旅行,这场特殊的旅行以好奇心为起点,以创客工具为交通载体,以兴趣为能量,向着创造的目的地不断前行。就像真正的旅行一样,在创造的旅途中最美之处不仅仅有象征着目的地的精美产品,沿途的所学所见也是一种独一无二的风景。

        可是,从另一个角度来看,在一场旅行中,旅者只有到达了最初设定的目的地,而不是一直滞留在途中,才会更加富有***地筹划下一次目的地明确的旅行;同样的,创客也需要成功地完成一次又一次的创造,才会在成就感的刺激下继续创造下去。然而,创客的旅途不总是那么轻松的,除了保持***,明确目标,灵活自如地使用不同的工具应对不同的困难就像在旅行中以轿车通过高速公路,以越野车穿过泥泞和山路,以船舶渡过江河,以飞机越过海洋一样重要。

        在机械电子专业中,我们所谈论的机械结构大多是相对较小的结构(重量和载荷大多以公斤为单位),而非类似工程机械中那些庞大的结构。所以在这介绍的工具也是针对轻工业而非重工业的。在传统机械中,最小的单元叫做构件,构件是以各种材料为基础首先经过制造毛坯,再通过一次或多次的车、削、刨、磨、钻、镗等工艺动作形成的。在毛坯制造的过程中,手段因材料而异,但一般会需要模具,这对非专业人士来说,是一个难以越过的门槛。所以我首先推荐的就是3D打印机(推荐指数5星),3D打印机打印的构件大多时候可以一次成型(省去了车、镗、钻等等流程),是绝对的创客利器。主流3D打印机大致分为熔融层积成型(FDM)、立体平版印刷(SLA)、选区激光烧结(SLS)三种,价格、效率、精度、材料支持范围依次递增。作为创客,我建议使用价格较为便宜的桌面级打印机(熔融层积)就够了,此类打印机价格随着可打印体积的增大而上涨,一般在1000至30000人民币之间,它的精度普遍在10-100微米间,可以使用ABS、PLA等材料、对于一般的创造来说足够了,唯一的缺点是打印时间太长。有了3D打印机,你几乎可以打印任意大小(如果你需要比打印体积更大的构件,分段打印再拼接就好了)、任意形状的物品,家里缺啥打啥,前提是你会CAD(计算机辅助设计)制图技术。由此引出下一个推荐的工具:CAD制图软件(推荐指数5星),这里有很多选择例如Autodesk CAD/Inventor、Catia、Pro/E、UG等等,只要输出stl格式的文档就可以直接交给3D打印进行打印了,我个人比较喜欢使用Autodesk Inventor。然而有时候你发现3D打印出来的东西没法使用,因为在设计时忽略了某个细节;但是修改图纸后重新打印一个又太浪费材料和时间了,那么我再推荐两个工具:小型角/直磨机(推荐指数4星)、家用电钻(推荐指数5星)。角磨机、直磨机可以非常迅速的磨掉构件多余的部分(塑料、木材、玻璃和钢材都可),而家用电钻功率不大,不需要插电,以充电电池为能量,可以在塑料上迅速钻孔(对木材、钢材是否可用需视功率而定)。对于非批量生产的生产者来说,这两种工具基本满足了刨、磨、镗和钻的工艺需求。我想对于单个构件,我们能够操作的大概就是这些了。而当我们想制作一个机构而非简单构件的时候,我们需要将两个或两个以上的构件通过铰接、键连接、销连接、螺纹连接、焊接、粘接、环压等方式组成一个整体从而形成机械结构。那在构件组成机构的过程中,我们常用到的工具又有哪些呢?首先上文提到的家用电钻,同时也是螺纹连接工具中的利器,因为它不但可以打孔,还能够快速拧入拧出螺钉、螺栓、螺母等等。其次粘接和焊接工具有:AB胶水(推荐指数3星)、电弧焊机(推荐指数3星)、锡焊枪(推荐指数4星)。粘接木材、塑料等构件,推荐使用AB胶;操作大件金属构件的焊接或有较高应力需求的焊接时,使用电弧焊机;焊接小件金属且对应力要求不高时,使用锡焊枪。同时,因为锡焊枪的原理是直接利用电流在焊枪内部产生高温,故而锡焊枪还可以用于为塑料构件穿孔。除了创客自己针对特殊需求创造的机构以外,还有一些已经形成标准的机构也是非常有用的,例如齿轮\凸轮机构、链/带传动机构、丝杆机构、流体传动机构等(标准机构推荐指数5星),对于这些机构我建议大家直接购买正规厂商的产品当作工具使用而非自己制作。因为,即使其结构简单,但是对于工艺的把控才是这些标准构件最核心的技术;当然有的创客刚好对这些标准构件极其感兴趣,那么你完全可以自己动手做一做。有人会问是否所有设计一定需要经过缜密的计算呢?我的看法是:作为一个创客,大多时候是为了实现某个功能,而非做研究,所以没有必要去详细地计算,只需使用常识或者进行简单的估算,然后把更多的精力放在动手实践上才是更有效率也更有趣的做法把;但作为生产面向社会的产品的生产者,为了用户安全和产品性能确实是有必要进行更细致的计算的。

        在本文的最后,我还想针对时常能听到的“传统机械的没落说”分享一点个人的见解:对于在这个方向有兴趣的创客来说,传统机械是一个很好的起点,它简单而且容易上手。千万不要认为传统机械已经没有出路了就摒弃这个兴趣,传统机械的创造在于精致和巧妙,这里面的奥秘不是随随便便能够说清的。就说“按动中性笔”,它的原理可足够你研究一会儿了哦~另外还有机械手表、家里门上的锁机构、洗发水沐浴露的按压嘴、手枪、变速箱等等机构的原理大家都清楚吗?姑且不说现代高科技的东西,只凭中国古代的机关术就能使真正对机械感兴趣的创客们痴迷了,虽然像诸葛连弩、木牛流马、投石机这样的机关是为战争服务的,但也有水车、磨盘等工具极大程度地提高了生产效率。我近些年走过世界很多地方,在中国宁夏水洞沟、法国巴黎卢浮宫、英国伦敦大英博物馆等地看到了很多既简单又巧妙的机械装置,其中感触颇深的是一处位于英国湖区的木门,这个门没有弹簧、气压杆等构件,仅仅使用了一块石头悬挂在门上,就实现了常闭的状态,即有人走过时将门推开,放手后门自动关闭。现在找不到当时的照片了,在我找到的时候,我一定分享给大家。

dsweiliang  初级技神

发表于 2017-5-3 13:54:07

学习了~
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