從 3D 列印到小量翻模生產

Penk Chen
Penk Chen
Apr 8, 2017 · 8 min read

關於我如何 “複製” 一把 4 年前手工琴的故事

在去年成功推出閃電麗麗以後,我就有計劃地將下一把琴的目標設定為挑戰不同材質與製造技能,原因無他:硬體新創雖然是很大的坑,但器物製造 — 特別對整天在虛擬空間打滾的工程師來說 — 非常好玩啊。

這次製作的琴原始設計 ‘Oli Travel Electric Ukulele 是以方便攜帶為設計考量的旅行用烏克麗麗,琴身採用瓜地馬拉產的花梨木 (rosewood) 製成,作者 Juan Carlos Noguera 是一位來自當地的工業設計師。

在我聯繫 Juan 並徵詢同意的過程中他也表示對這把木製琴非常滿意,據此還設計了另一把 3D 列印的電烏克麗麗 Nuke — 就是我們在琴頭大改造裡面製作的那把。:-)

‘Oli Travel Electric Ukulele, photo credit to: Juan Carlos Noguera

除了一開始找到那幾張令人驚艷的作品集照片外,只剩下留存於 Google cache 的製琴論壇一篇 2013 年的帖子,附有一系列製作過程的照片。

根據這些零星、不同角度的照片,我很快的完成了建模 (不足的資料靠想像力補足了),值得一提的是翻模成品會因為材質收縮率的關係,比原始的樣模縮小大概 1–3% 的體積,如果成品需要精確尺寸的話得預先放大處理。(3D 模型圖檔附於文後)

但問題來了,這麼長的一個物件很難找到適用的 3D 印表機。雖然能夠切割成幾塊再黏合,但是對於想做結構驗證的我來說非常麻煩,其實這也正突顯出 3D 列印不過是一種成型方式,有其優勢當然也有各種限制。

幸好一直以來的合作夥伴 uCRobotics 捎來好消息:他們有一台巨大的 U600 印表機,有著 60 x 60 公分的大床,剛好放得下!

為了怕翹邊而壓得緊實的一層 raft,或許該改用側裙 (brim) ?

再次拿到列印件已經是 2016 年底的事了。今年初的我處於轉換期,退租了台北的房子、住進了北京的旅店裡。而當初以為暫時的北漂安排一住就是三個月;因此這把 “travel ukulele” 大部分的表面處理過程真的都是 “在路上” 完成的。辛苦工作了一天以後,就拿著銼刀打磨放空 ..

臨時需要造型、填補層狀痕跡,沒有補土? 超市裡買個爽身粉配快乾膠:

上完底漆就掛在門把上晾乾。

當然中間也有試著上弦調音,效果跟結構強度都相當不錯!

原本故事到這邊就結束了,但我們可是電烏克製作所啊!必須挑戰翻模鑄造,用像 GK 模型 (garage kit) 的方式來量產 — 否則每一把 3D 列印琴都得處理實在太累人了。

矽膠翻模、樹脂鑄造

除了樹脂,也有使用矽膠灌注蠟模、再電鑄成銅模的用法 (比如說 Smart Doll) ;另外有一種冷鑄 (cold casting) 是將樹脂混入一定量的金屬粉末,在翻製完成後打磨處理可以得到閃亮如金屬製品的表面等等。相關資訊搜尋 “翻模” 或 “resin mold casting” 能找到非常多的教學,拍賣網站和淘寶上甚至有直接販賣 “手辦翻模套件組” (中國的 GK 模型通稱手辦,連結附於文後),可以一次取得需要的所有材料。

這次用到的材料比較簡單,總共有:

  • 881 矽膠和硬化劑
  • 8017 象牙白樹脂 AB 劑
  • 翻模油土
  • 電子秤、攪拌棒、免洗杯、手套
  • 珍珠板、膠帶

由於我們是首次嘗試翻模,因次製作的是相對簡單的單件模 (one piece mold),只會有一個模、一個注入口,先用油土把弦鈕的孔洞封起來 (否則灌入矽膠以後會拔不出來無法脫模):

接著用珍珠板搭建一個模具容器,把樣模用快乾黏在底板中間。要特別注意不能漏水,除非想在倒入矽膠以後忙著抓漏。我用膠帶貼了一層又一層,建議可以使用熱融膠比較省事:

感謝江西北路居委會提供(並沒有

秤出適量的矽膠 ,再加入精確比例的硬化劑 (這款矽膠的建議用量是 100:2.5),仔細攪拌均勻:

因為我們沒有高壓脫泡的設備,因此就採用一種叫做高澆鑄的方式 — 也就是將矽膠高高舉起,倒出細細長長的液流從樣模的周邊慢慢將它填滿,為得是盡可能減少氣泡的產生,特別是附著於樣模表面的氣泡,這將直接影響到翻模成品的品質。

若過程中有些表面氣泡浮出,可以吹氣或用牙籤戳破。根據固化劑比例和室溫,矽膠的硬化時間約為 2–3 小時,所以有充足的時間慢慢倒、或是調製好幾批矽膠,分次倒入。

硬化以後 (可以摸摸杯子上殘留的矽膠確認硬化程度),將樣模拔出,矽膠模具就完成了:

接下來調製樹脂,這款樹脂需要的 AB 兩劑比例為 1:1,工作時間 (樹脂倒入還能流動的時間) 只有短短的兩分鐘,之後就會開始發熱、硬化。混合完倒入以後要抓緊時間把氣泡挑掉。硬化時間大約 20–30 分鐘:

取出樹脂琴身打磨修飾一下,重新鑽孔之後.. 翻模量產版的烏克麗麗就完成啦!

接下來呢..?

對這把琴有興趣的人也可以關注一下粉絲頁,接下來我們會少量釋出琴的套件,請隨時注意。

敬請指教。:-)

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