丁老师带你进入数字制造 | 第三期:谁在制造万物?我们该如何制造?

世界读书日
2020年 4月 23 日   

2020年4月23日是第25个世界读书日,而今天这个读书日却与往年有些不同。受疫情的影响,人们走进图书馆阅读、参与线下读书活动似乎有些困难。那不如换个方式,宅在家中开始线上阅读也是个不错的选择。

如果你也正准备读书,那不妨和我们一起,开启第三期数字制造之旅。

“过去,艺术与工匠分离,大规模生产将个人从生产者变为消费者;

将来,会出现通用的自我复制的智机;

现在,大多数人都可以创制几乎万物。”

随着制造工具的不断进步,从最简单的物理形态的制造,到编程中数字工具的运用,我们所制造出的东西也在不断变化。它们发生在最贫困的地方,也在最富足的地方;在最寒冷的地方,也在最炎热的地方。从就业需求到精神追求,奇妙发明到生存必备,每个例子都在告诉我们:个人智造即将成为流行

今天我们要讲的故事,是关于数字制造的现在,是我们身边正在发生的故事。

一、飞鸟与自行车

鹦鹉与互联网

艾琳:鹦鹉等社会性动物也是需要社交的!没有QQ和微信的它们该怎么办呢?“宠物互联网”来啦!这个电脑界面装有一些供鸟推拉的快捷键,鹦鹉可以用喙(就像我们用的鼠标一样)控制,选择自己最喜欢的项目。视频对话、听歌、甚至绘画都统统不在话下!宠物互联网的部件是通过激光切割机制造的,它能够非常精确的切割部件,并将零件紧密的镶嵌在一起,从而构造出一款适合鹦鹉的控制器。

自造的自行车

索尔:水射流切割机这个名字听起来就很酷,也是喜欢极限运动的索尔所偏好的。它就像打了兴奋剂的激光切割机一样,能够降服厚金属板等坚硬的材料。他从一块块聚碳酸酯透明板开始,加入自己的创意组装制作出了独一无二的自行车。

闪光潜望镜

艾伦:你还记得闪光灯拍摄下照片里宛如恶魔的红眼睛吗?能完美解决这个问题的闪光潜望镜来啦!只要给相机装上这个潜望镜,眼睛就不会再反射相机的闪光,这样就能拍出好看的照片啦!

玩具们的配件

格雷斯和伊莱:你有没有想过你的玩具娃娃可能缺了一把小椅子、一张床、或者是一个小摇篮呢?市面上可能买不到适合她们的小家具,但是你可以自己给她们做一个!除了想象力没有什么能限制你的创造,所以学会如何为自己制造而不是等待他人来满足自己的需求是很重要的

二、减材制造

舍弃比从零开始更加重要

切割工具介绍
01 电脑切割机

便宜,但材料局限

最常用的切割耗材是:聚氯乙烯、铜箔、硬纸板

02 激光切割机

优点:精度高、切割完成的材料容易拆卸

缺点:切割材料烧灼

03 水流切割机

优点:高精度切割

缺点:视觉效果差(水下进行)

04 数控铣床

优点:铣刀可控制切割深度

缺点:铣刀钝了影响切割效果、破坏钢料

创造物理形态的工具,是基石。也正是这些装置使得“数制”工坊中的一切成为可能。

三、成长中的发明家

01

梅尔1968年,为了抗议政府拆除低收入住房,他领导了“帐篷城”的建设,使低收入住房被纳入城市综合规划体系中。除此之外,他还在城中建造了南端技术中心,致力于发展人们对科技的认知,为低收入群体创造新的机会。从“Hello World”开始,他们开始个性化制造,并变废为宝,对废物回收和经济发展产生了积极影响。

02

纳纳·柴:想不到吧?加纳的部落大酋长也是“数制”工坊的关注者!能源供给是加纳需要解决的大问题,利用“数制”工坊实验室中的工具,可以制造出涡流管和涡轮机来实现对太阳能的应用,加纳的能源短缺状况将被大大改善。酋长的想法创造出了巨大的能量和广阔的前景。

03

阿尼尔:“蜜蜂网站”、摩托车改造、公牛发电装置……他有着一双发现发明家的眼睛并致力于协助他们!个人智造已经不仅仅是实验室里的小打小闹了,他引导着印度的发明家们将自己的构想变成可以应用的实际。人们脑子里的想法可是世界上最宝贵的资源!

四、增材制造

增材制造工艺就像制陶家一样,通过一点点的添加陶土,他们最终能够制作出完美的陶器。

01

等量制造——将零部件变形,然后塑造出新的形状!

(1)真空成型:将塑料板加热以软化,然后利用真空将材料拉制成型

(2)吹塑成型:利用压缩的空气将柔软的材料吹贴在模具内侧

它们是生产打包袋技术的首选!

02

注入型模具——塑料可以像液体一Z样流入模具!

模具通常是由一对匹配的半边模组成,在原材料被注入模具中成型后,两个半边模具分离便可取出成品。虽然看起来很简单,但要形成最优的产品还是需要模具的精细化打磨,表面要像钻石一样光滑!在塑料的浇灌过程中,加入如空心塑料颗粒、混合了纤维的塑料和导电添加剂等材料,还会改变成品的物理特性哦!

03

3D打印技术——打印几乎万物!

(1)激光选区烧结/熔融(SLS/SLM)

主要材料:塑料、蜡、陶瓷、金属等粉末

优点:无需支撑即可制备复杂零件。

缺点:因受到粘接剂铺设密度的问题,导致部分3D技术制品致密度不高。

(2)三维印刷工艺(3DP)

主要材料:石英砂、陶瓷粉末、石膏粉末等粉末类耗材

优点:无需激光器等高成本元器件,成本较低,且易操作易维护;加工速度快;耗材和成形材料的价钱相对便宜,打印成本低。

缺点:发展时间短,相关技术国外垄断较为严重。

(3)熔融沉积成型(FDM)

主要材料:聚丙烯、ABS铸造石蜡等

优点:成本低、结构简单、原材料的利用效率高。

缺点:成型速度相对较慢、喷头容易发生堵塞,不便维护。

(4)光固化快速成型技术(SLA)

主要材料:液态光敏树脂等

优点:成型精度高;零件烧结后致密度较为良好。

缺点:后续处理麻烦;二次固化问题严重。

注意

3D打印也是有局限性的!它无法被运用到大规模的生产中,也难以形成内部构造,所以还有待改进,或许你能发现更棒的生产办法!

五、制造模型

01

弗兰克他乐忠于在建筑中加入具有表现力的材料和结构,因此,他工作的方式本质上就是处理那些易于修改制作材料的模型。随着建筑实践经历的增加,常用计算机软件已经无法表现出他所设计的建筑的复杂性和精密度,引入工程软件和生产工具是个不错的选择呢!就像引入CAD(电脑辅助设计),不仅过程更经济快捷,也能避免看着同一张设计图却产生歧义。

02

拉里他探索研发能进行自动组装的设计,而不是尽力去适应规模庞大的日常材料的外形。在这过程中,他发现了建筑能满足社会最底层而不是富人们的需求的机会。他将目光转向独户住宅的设计。运用钻板机、胶合板等即可完成一套房子的组装。目前,世界各地正在研发住房规模的打印加工,造房子将更便捷化、经济化。

03

艾蒂安从世界各地的科技工艺垃圾入手,将这些废材打造成了完整可操作性的计算机。但他发现很难教授学生“想象力”,他也开始尝试使用计算机辅助设计软件,模拟结构,真正地打破了工程软件的界限。

六、描述

计算机辅助软件(Computer Aided Design,CAD)等这些设计软件的目的就是要帮助人们捕捉到那些忽然闪现,稍纵即逝的模糊概念,将他们转换成结构的精确描述。工业级软件应包括该产品生产周期所涉及到的每一位人员(例如市场营销人员和律师等)和每一件事情。

计算机辅助软件不仅可以实现二维到三维的转变,也提供了能够处理一系列所谓的“参数化”(parametric)的程序。但是,他们都没有充分发挥人类这个物质在经历几百万年的演变后所得到的优势。

最终,通用的、可编程的个人智机的发展会推动相应通用的个人数字设计软件的发展。届时,本质上可行,但偶尔会让人抓狂的计算机辅助设计,仍然是个人制造必不可少的部分

七、乐享于工作

01

西摩把玩乐和工作合二为一,他开发了面向儿童的LOGO语言,并利用计算机的“多项任务同时处理”以让孩子们也能接触到电脑。“乌龟”机器人这一输入设备的输入,连接乐高积木,并研发出一块乐高积木那么小的LEGO/LOGO控制器,孩子们可以边玩边学,即使是在玩乐高,也能学习到如何设计工程的控制系统。

02

大卫如果我们的孩子决定了我们的未来,孩子们的发明决定了科技的未来,那么有谁会比一个8岁的孩子更适合对未来的科技做一个构思呢?我选择让大卫加入我们的实验,但是我错了,大卫比我想象的要出彩多了!目的明确,生动有趣,充满智慧,未来之未来掌握在像大卫这些年轻的发明家手中,确实是光明的。

03

肯喜欢在乐高这类玩具房屋中慢慢加入一些智能模块,他和老友们开始制造大型机械设备的乐高尺寸模型,看起来像是玩具,却是根据它们实际对应的机器的规则运转的。他们成功了!在严肃工作和尽情玩乐之间,他们做到了!你也可以尝试一下同时兼顾哦!

04

艾米她喜欢引导孩子们参与科学和技术相关的活动,在她接管非洲一“数制”工坊后,一堂简单的课却给大家带来了极大的改变。“数制”工坊里那些珍贵资源均可以和孩子们分享,大家共享工具,自然合作,打破了传统思维。

智造: 一场新的数字革命
[美] 尼尔·格申斐尔德(Neil Gershenfeld) 著
丁峻峰 等译 
出版社:同济大学出版社

记得要同时兼顾玩乐和工作,因为一个人就可以完成发明创造,而不是等一个组织去磨合判断后再进行操作。

FABO研究性课题
课程介绍

虽然疫情阻隔了大家来FABO | 中国“数制”工坊做实验的机会,但是开启了我们利用国际平台量身定制了线上线下混合授课课程,将基于MIT Fablab全球FAB Academy 网上互动方式与系统带到了中国,带给了我们的同学们。Fab Academy在全球范围内有十五年线上线下混合授课经验,我们的导师们充分准备好了课程内容,确保疫情不影响学生系统学习的连续性,高效的开展线上的前端网页制作(Front-end),编程(Coding),算法(Algorithim),2D + 3D设计等,培养学生的计算性思维(Computation Thinking)和设计思维(Design Thinking )。

FABO数制课程不让任何学生拉下来,课程延续MIT网络课程特色:线上+线下的授课模式协同,将「动手能力」、「合作」、「实验室沉浸式体验」结合线上「协同教学」、「多平台互动」结合的理念。锻炼学生未来学习方式!

FABO X 研究性课题开题

邀请麻省理工大学的 Neil教授在线授课,追寻全球挑战最为研究性命题,适合初,高中生,助力国内综评及国际升学,月月开班!

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FABO X 中国数制学术-研究性课题正式上线!

解锁通往国际名校之路的“延禧”攻略原来是它!

研究性课题(一)

中国数智学术X- 研究性课题课程 
FABO X PBL Learning
基础班 /Level 1

课程内容:

1.科学素养部分:包括(但不限于)工程研究,工具素养(数制硬件+软件的使用),设计思维(Design Thinking), 跨界创新,主动学习;

2.技术部分:网页设计,2D + 3D 设计,电子电路,编程,数制技巧, 项目研究过程:研究背景调查,数据记录,项目形成;

3.课题项目:进行项目研究,并撰写完成实验记录;

4.项目结题:完成项目成型路演并答辩,并推荐合适竞赛锻炼;提升科技和综评自信力;

报名信息:

课程长度:12周

课时:3小时*12=36小时

报名方式:

研究性课题(二)
中国数智学术X- 研究性课题课程 
FABO X PBL Learning
提升班 /Level 2

课程内容:

1.综合科学创新素养:包括(但不限于)物理,机械,电子,化学,生物,设计,艺术STEAM跨界素养综合(数制硬件+软件系统),设计思维(Design Thinking)高阶,,跨界创新,主动学习;(根据测评结果和时间进度选择完成)

2.技术部分:研究性过程,项目立项过程调研,报告书写,项目制作,高级网页设计,2D + 3D 设计,电子电路,编程,数制技巧, 项目研究过程:研究背景调查,数据记录,项目形成;(根据测评结果和时间进度选择完成)

3.梳理研究方案与技术路线,完成课题执行和研究,完善实验数据,完成更新论文。

4.课题指导:完成实物成果,进行专家评估和指导,通过专家咨询答辩会。

5.比赛申报:青少年科技创新大赛/明日科技之星;或者出国文书制定;或者专利申请和研究性论文;

报名信息:

课程长度:12周(春季)+暑期集中授课1周+10周(秋季)+常规沟通约10~15小时

课时:约120小时

报名方式:

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