Maker + T = Market 造訪社團 » 功率

[超音波機維修筆記]

工作關係常常要提供衣服去作活動，過程中常常會沾到很多髒污，像這次是廠商準備的值星帶遇水脫色，就染到衣服上了。

很多時候則是女孩們的粉底也會沾到衣服上，那種油油黏黏的東西用洗衣機是無法全洗乾淨的。

因此，超音波清洗機就是非常得力的助手了。

通常這種處理程序就是先用酵素溶解油污，然後再用超音波將髒污從衣服纖維中震出來，最後再進洗衣機去清洗這些清潔劑和脫水，就可以晾乾了。

不過這次的墨水不好搞，所以連續反復了幾次程序才把衣服洗乾淨。

但是隔天再用卻發現好像不動了.....

拆開檢視之後拆下來維修，發現只是保險絲斷了（竟然才１Ａ的），所以就把它們都換掉。機器就復原了～～～

拆解後，基本上這個東西很簡單。

超音波震盪子、超音波驅動電路、控制模組（透過relay）、控制板用的變壓器、加熱片、熱敏電阻。

所以這表示，只要自己用 Arduino 去作控制，甚至控制供電的功率時，就可以作更彈性的應用。例如在減法的切割部份，當刀座承受一定壓力後自動啟動超音波，以極速震動讓切面細膩平滑。在加法的黏合部份，用以將膠膜貼合。在乘法部份，以超音波來進行極細微粒子的篩選，提供更精純的物理特性。

總之，這個東西很有趣，很簡單，而且很便宜。附圖是我買的單顆 100W 的震盪子。一顆才200塊......XDDDD

[從五行看 TechShop 的關門破產]

在五行的金水木火土架構裡，對每一個生態都可以作出清楚的分析歸類，從而由它們之間的相生相剋看出整個生態的發展。

那麼，為什麼 TechShop 關門破產？在五行裡是這樣看的。

在 TechShop 裡的那些設備工具，甚至一些加工技術，那是屬於金。

上門來作東西的 maker 們心中的想法，那些創意，那是屬於水。

maker 們作出來的東西，那些產品，那是屬於木。

這些產品的銷售，創造的市場，那是屬於火。

而銷售之後產生的現金流、管理問題，那是屬於土。

而 TechShop 本身的存在呢，它是屬於土本位的組織，那就是它本身是先有一些錢，然後經過管理系統變成組織運作。

它的存在，以相生的狀態，當然是土→金，所以它總是要提供一些設備讓 maker 們願意上門，然後開始一路的相生循環。

但這一路的相生是很難的，因為在每個領域裡，總是看熱鬧的多，能動手的少，這當中的含金量是很低的，如何衝高含金量才是重點，這點請參考 instructable 的作法。

而 TechShop 為什麼會成立呢？其實它是因為先前的火，也就是看到 maker 的市場越來越大，以為有商機所以就成立了。走的是火→土的概念。

但這點出一個問題，難道五行的金水木火土就是一樣的東西在循環嗎？不是的！

重點在升級！

也就是如果催生 TechShop 的環境是 maker 1.0，那麼 TechShop 在成立之後，它的目標應該鎖定 maker 2.0。

這意思就是說，它必須提供更不一樣的金，也就是具有特殊性的工具或技術。例如最近有些大大已經在玩接近奈米材料的東西了。

所以各位若從我最近的發文會看出，為什麼我覺得 Maker Faire Taipei 2017 不夠到位，為什麼日前又提到五行俱足的差異，以及採用五行紀年的方式來作全部的專案管理。

這所有的東西其實都是相通的，差異在於每個人的視野範圍不同，看重的點不同。然而，整個生態的發展永遠離不開五行的道路。

所以反過頭來想，就是把自己想作的事情和東西，以五行的方式來安排規劃、推動檢視，那你的成功率才會最高，發展才會最順。

那麼，現在你的 maker 人生是幾點零呢？

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[關於 CNC]

在講 CNC 之前，首先要先把背景交待一下，稍候話題有跳脫的就不會回覆，不然這個議題太大。
第一，我是唸機械的，但那時還在車床銑床的傳統工法年代，CNC沒接觸過。
第二，在那個講究專才的時代裡，我念的東西很廣，但幾乎都是自修的，所以我現在的工作很多元，目前正在思考將能量集中的最佳切入點。
第三，繪圖在286年代時，AutoCAD我很熟，但在它差不多從 2D 開始轉 3D 時期，我就去忙別的了。

關於 CNC ，一言以蔽之，就是「工欲善其事，必先利其器」。

對於目前角色是經紀人的我來說，會從網路行銷、實體活動再回頭來看 3DP, CNC, Laser 這些 maker 們熱衷的東西，主要
的原因在於看到未來的市場需求以及人們的能力指標改變。那麼，究竟該作到什麼程度或用什麼方式達成，就有很多不同的思考方向了。

而我設定的目標只有八個字：心想事成、隨手可得。

現在開始來談 CNC。

CNC 簡單來講，就是你想作的東西，只要想好、畫好，然後機器就幫你作出來，不用自己動手加工。這樣講好像很簡單，但其實裡面處處是細節，是關卡。

首先，你想作的是什麼東西？很多 maker 可能聽到 CNC 就高潮了（我也是），但你想作的是什麼東西、什麼尺寸、什麼形狀、什麼精度、有多少預算，可能就把你推向不同的發展方向了。
關於這部份，建議是在 CNC 相關社團或者自己專注的社團裡留意相關的應用需求和發展，會比較清楚目前作到什麼程度，有那些選擇，要什麼代價。

關於「想好」，當你要作一個東西前，你得先想好這個東西可以怎麼作，有什麼差別，有那些工具。這過程當中，加法、減法都有可能，公規或特規也有可能。
這部份可能是最大的挑戰，因為對每個人來說，熟悉的工法和手上的資源差異很大，同樣一個問題，可能會有很多不同的解法。
這時候，你必須很清楚自己的需求和選擇，然後行動。

關於「畫好」，在離開機械領域二十幾年後，雖然 AutoCAD 還會，但其實一開始我也真搞不懂現在 3D 軟體的繪圖概念，慢慢從 123D design 到現在的 FUSION 360，我發現那是 scope 的改變。
以前的 AutoCAD 是在一個絕對座標概念下的產物，所有的繪圖必須從座標系統開始，然後一直延伸。現在的繪圖軟體走的是一個相對座標的概念，它可以有很多東西個別存在，然後從每個東西去看彼此的相對關係。
熟悉操作之後，就必須把自己想好的東西和作法畫出來，並且盡量在實際動工之前把設計的成果確認好，而不是邊作邊改，這樣會很沒有效率。

關於「機器就幫你作出來」，這是非常簡化的說法，但大原則就是「工欲善其事，必先利其器」。
也就是說，你必須完全清楚整個加工的過程需要那些步驟、用什麼材料、用什麼工具、有什麼問題、能怎麼解決或避免。
一切原本在人工操作下可以被執行的製程都確認後，再看你用什麼機器、用什麼軟體去控制它，然後用什麼 SOP 去防呆，確保成品的良率。

個人應用實例 - PROTON+ 鋁質固定隔板

‧想法
以我用 CNC 來切割 PROTON+ 需要的鋁質固定隔板來說，它的目的在於強化 PROTON+ 的幾根光軸的結構剛性、方便固定列印頭的塑料組件。
所以它就是被設定成 3mm 的鋁板，然後挖一堆螺絲孔、光軸孔和排線槽而已。
但是螺絲孔的定位必須準、尺寸必須準，才能固定得好，然後被包進列印頭裡。

‧畫法
我的 PROTON+ 是按照 ATOM 原本的 PROTON 用料和結構去走，但根據自己對 3DP 和機構的了解去作修正，再結合先前試作 PROTON 時發現的一些不方便的地方去作改良。
然後是在 123D design 裡面進行繪圖，基本的物件都先個別畫出模組，然後再進行組裝定位、修正相關零件的長度（尤其是螺絲）。

‧加工
受限於我手上這台鋁擠型組成的 CNC 強度有限，而且只有三軸，所以我個人的目標只設定在能加工基本的鋁材，了不起就是切割一下、挖一些孔為主。
在爬了一些文章發現一些小功率的主軸可能沒那麼實用的情況下，我最後選擇了木工用的修邊機來當主軸（反正木頭加工也是我的重點之一），然後用功率調變器來控制轉速，但扭力其實有影響，只能將就。
受限於這台 CNC 是採用 arduino + CNC shield 以 grbl 去作控制，這算是非常陽春的控制系統，基本上只作到了作動，其他很多 CNC 系統裡的常見功能它都不支援，所以用法也很陽春。
其他的常見功能很多，也沒有標準，像是：定位偵測、光學校正、工具更換、主軸控制、冷卻系統、刀具修正、.....。重點是你準備花多少錢買怎樣的東西。

所以，我的作法先是用一片鋼板來當作壓艙石，減少整個機台的配重失衡，減少震動，也提升平面度。（不然密集板其實很軟的，太大的震動很容易影響到刀子的精度和提高風險）

固定方面，因為這個 CNC 架構的 Z 高有限，加工的力量也有限，所以採用網路上很常見的雙面膠固定法。其實還不錯用。
底材主要是以木心板為主，用雙面膠貼在上鋼板上，然後再將材料固定在木心板上。
在這裡，如果要小量生產的話，就可以考慮作個簡易的治具，定位上就會快很多。但這也跟你的原材料有關，如果原料尺寸不準，這個就不準。
另外，因為沒有 WCS 量測功能，所以自動修正定位就別想太多。

固定好了之後，換刀和定位的問題也很重要。
所以我的作法是反向操作，先捉好材料擺放的位置、刀具運動的空間，然後對好加工的定位點，之後再把刀具移到某個方便換刀的位置，當成 HOME。
然後，我用了一個平常應該不會有人這樣玩的取巧方法，就是拿二個螺絲固定在軌道上，頂住ＸＹ的滑台。
這樣，只要滑台移到這二個位置後，就是回到 HOME 了。
這時，不管你怎麼換刀，基本上它的中心都是準的。

換完刀後，再看加工定位置和 HOME 的距離是移動多少，把刀移回去，然後調到 Z = 0.5 左右，就可以準備加工了。
當然，在加工前，會以更安全的距離實際試跑過，然後再用正式進刀的速度去跑。
另外，因為只能手動換刀，所以每一道工序都是獨立產生一個 NC 檔，然後以編號的方式一個一個執行。
而因為刀具定位點略高於材料，所以實際進刀量也會考量是否要貫穿而作一些修正。

基本上這樣的操作速度還算蠻快的，只是當然沒有全自動化的機台方便。但對我來說，CNC 現階段的價值就是把原本只能人工手動完成的工作，改成數位化控制而已，並不期待它能一步到位。

至於我看到的這台 CNC 問題，主要在於皮帶傳動的誤差，不容易消背隙，改螺桿會比較好。
另外，能用線軌和鑄鐵座的話，整體剛性也會提高。
制動部份，沒有伺服馬達，沒有光學尺定位，只能自己很小心加工力道和進給。
主軸部份，要加工什麼東西就適合什麼主軸，沒絕對標準，一分錢一分貨。

PS 1. 我覺得改螺桿、消背隙之後，CNC 對 maker 的用處就會很大，以銅或鋁的輕加工來說，很容易可以達到幾條內的水準。至於想要更硬的材料、更準的精度，就要好好算算投資報酬率了。
PS 2. 至於更完整的電控系統，我個人覺得那是操作方便性的問題。即使沒有，只要操作概念清楚，好像只要機器會動就可以了，但要在設計時把這些問題考慮進去。

以上，算是自己的一點心得筆記，跟大家分享。
又要忙一堆案子，該洗掉油污味，迎接香水味了。

[簡易修邊、切割、真空成型機]

之前去特力屋切一些板子，想說有多的料，就隨手組了一台真空成型機。

成型的部份還沒實作，但修邊的功能倒是用了，還不錯，就和大家分享一下。

材料：
修邊機一台（目前大概1千到4千之間，6mm直徑）
單刃刀一支（含3.175轉6mm轉接頭）
回收場版的挖洞鋁板
回收場版的薄壓克力板
5片木心板（以能把鋁板包住為原則）

木心板切好後，用木工螺絲把木板鎖起來，側邊挖一個洞用來接吸塵器。這個洞不能太貼近底部，這樣箱子裡才能留得住較大的廢料，不然吸塵器一下子就滿了。

所以用 3DP 印了一個轉接環，讓木板的孔和吸塵器管子能接得更牢。事實上這個轉接環的內側還加了橡皮筋，讓他更貼住木箱，提升氣密。

昨天試著修了一下6mm壓克力，覺得效果很不錯。很輕鬆的就吃掉了。

對了，電源部份，我有裝了一個簡單的功率調節器，可以用來控制轉速。因為修邊機全力運轉有點吵，大概六成出力就很不錯用了，聲音也會小很多。

有興趣的，可以自己搞一台，很便宜。

PS. 附上特力屋的相關木料和裁切規定，和當天瘋狂的採購行程。

[CNC測試]

目前找不到理想的主軸，從大陸進貨又很麻煩，所以拿之前木工用的修邊機來用。

基本上還是推得動，而且沒什麼失步。

切工業塑膠當然沒問題，試著雕鋁也是如履平地，不過放大看之後，散熱是很重要的問題。另外，刀具的類型能很重要，才能避免切削屑的黏著太明顯。

所以從這個情況來看，有幾點可以改善：

1. 加裝功率調變器來控制，目前這顆 30,000 RPM 太吵了，會被抗議。

2. 切削速度要符合材料特性和刀具建議值。

3. 要加個小型的冷卻劑循環系統才行。

[CNC 分享]

先講好，目前完成度大概只有1/2，雖然能動了，但有些東西仍然是腦補的。
因為馬上就要三月了，開始要步入活動旺季，剩下的幾天又要把 PROTON 裝起來，所以趁現在先作作筆記分享，免得忘了。

目前的 CNC 套件是二年前買的，一開始不熟沒裝完，而且又買了 ATOM 就都焦點轉到 ATOM，現在再回頭組裝，有了 ATOM 的 DIY 經驗幫助不少。

這台是台灣玩家改良美國 Shapeoko 2 所推出的套件，主要在鋁擠斷面有改良、用料也有更加強。

而我自己則是再替它加強了幾個地方，這就是要跟大家分享的。

‧Open build 開源

我個人很強調這個，所以在 3DP 部份我只會把時間放在開放的架構上，原因就跟這台 CNC 一樣，它是開源的，可以輕鬆擁有，但也可以強化改造。

所以原本台灣玩家改良了鋁擠，而我則是把它原本配的塑膠導輪，改為不鏽鋼導輪；原本的底板是密集板，我現在是在上面加了一大片 S45C 的鋼板，而鋁製的真空吸盤。

如果沒有開源，有些東西就很難搞。包括像 Arduino UNO + CNC Shield，如果自己用麵包板拉線，幾個小時就不見了，有擴充板省事太多。

‧F = m a

其實我沒操作過 CNC，所以這些都是腦補的。用的也只是國中物理和專科的機械概念而已。

CNC 的運作核心？在我來看，就是以 F=ma 這個公式為基礎的。為什麼呢？

這公式突顯了作用力等於質量乘以加速度。所以生活上有太多例子可以看出事情的發展，例如你拿一支小鐵槌打釘子到保麗龍、到木板、到地板、到鐵板，會得到不同的結果。

而這跟你拿的鐵槌大小、釘子的材質、長度、加工物的硬度和質量都有關係。

所以重點來了，以原本這台 CNC 的架構，有幾個根本的錯誤！

第一，是用塑膠導輪，這基本上強度和耐用性就有限。所以，我把它改成不鏽鋼導輪。

第二，是頭重腳輕，主軸(Z軸) > X、Y軸 > 底板，這表示它的誤差會很大。所以我在密集板上舖鋼板，增加底板質量和穩定性。

第三，Z軸的設計不良，馬達的擺設方式會造成結構強度的降低和質心的改變。所以我預計把它改成後置式。

這幾個地方的關鍵考量都是由 F=ma 出發。

因為，在刀座移動、加減速、接觸物件、切削的全部過程，它們都在運動，而這些力量會在整個機器，甚至工作枱上傳遞。

這時，錯誤的配重就會造成力量的不當傳送和吸收震動，讓整個物件和精度處於不穩定的狀態，無法維持良好的切削運作狀態。

所以簡單來說，這邊的改良就是讓整個機器盡可能處於 rigid body 的理想狀態。

這時，把焦點集中在刀具接觸工件時，雙方硬度、切削量、切削速度所產生的反作用力，以此來評估主軸強度、結構吸震性（或共振抑制），最後再看切削速度和散熱問題如何安排。

如此，才能確保機器能在它的容許範圍內發揮最大的加工能力並且具體合理的精度。

‧架構優化

目前這台 Shapeoko 2 的架構除了 Z 軸馬達應該改為後置之外（可降低機台高度，加強手輪，可加強 Z 軸扭力、降低質心），另外它的配線也是處於完全隨性的作法。

若以官方的配線來看，就是整把線綑一綑而已，實在不ＯＫ。

所以我在 X 軸和 Y 軸後面加了拖鏈，這樣就可以把線都藏起來，甚至把三軸都包起來。這樣作的好處是才不會因為切削碎屑亂跑卡到傳動部份，影響精度。

‧ATOM+ 之 CNC 模組

從這台 CNC 的組裝經驗中，我大致上看出了日後在 ATOM+ 上加裝 CNC 的努力方向和定位。

從定位來看，ATOM+ 的 CNC 加工會為木頭、塑料、石膏為主。主要的考量原因在於機台強度、結構質量分佈等，因此不會考慮金屬的部份。

從努力方向來看，傳動方式的改良（皮帶改螺桿、碳纖改金屬管）、定位方式改良（目前的邏輯是找出一個理想平面，再用加法運作，在CNC的邏輯要修正），五軸刀頭的最簡設計、無刷主軸的設計（沒錯，這得自己作，改良質心、轉動慣量、ER接頭、無刷電機、水冷），然後是軟體，以及主板改32位元，不然跑不動。

從用途來看，ATOM+ 的 CNC 可以擴大 3DP 的加法應用，加入減法，大大提升完成設計的彈性。

當然，如果把主軸改成噴頭，那就是升級成五軸 3DP 了。

從挑戰的難度來看，加工／切片軟體的開發是最難的，再來是硬體的設計測試，最後是韌體的修改，但這部份其實還好。

‧CNC 的再升級

以目前這台 CNC 來看，頂多是雕雕電路板、塑膠板和木板，切薄鋁片的話，有點勉強。重點會在主軸的功率、重量和使用的刀具，最後是進刀量。

鑽鋁片的話，應該也還ＯＫ，但散熱要留意，不然溫度上升、黏性上升後就變數大了。鐵板？洗洗睡先....

再升級的幾個重點會是：

1. 動力，至少改成 57 步進，然後改成螺桿傳動。最好是改伺服馬達。
2. 傳動，從鋁擠改為鋼製傳動組成，然後直接鎖在鋼板上。最好是二片鋼板夾心。
3. 驅動器，改為專用驅動器。另外，寧可用時規皮帶減速，也要少用驅動器的細分。因為細分的優點在於減少 over shoot，提升運動的穩定性，但不表示可以依賴它來維持精度。因此，精度靠減速比，而不是驅動器的細分。
4. 主軸的質量和功率，F=ma，所以相同的切削情況下，質量越大，加速度越小，等於震動越小精度越高。不過主軸也要穩就是了。
5. 換刀和校正的方便性，這部份是決定工作效率的重點，以目前的 DIY 版本來看，傾向使用三軸雷射定位。不過 sensor 很多，控制器很少的問題要先解決。

以上，跟大家分享。

若腦補有錯的地方歡迎指正，有相關經驗的也歡迎分享。謝謝！

先準備開工賺錢了，有空再繼續改良。

光纖功率放大器

[新年新噴頭]

拿到雙噴好像也有好一陣子了，不過今年的工作很不一樣，老是很急的案子，所以一直沒機會裝。

另一方面也是因為社團裡用的人還不多，先前封測時大家發現的問題也差不多指向同一個重點 --- 換料成功率。

所以並沒有立刻找時間裝上去。

現在，大家陸續拿到 ATOM 2.5 了，這表示以後在 A棚的列印作品會越來越豐富，也越來越多樣。所以就趁著跨年前的空檔趕快把它裝上去。

不過我的這個版本基本上只有噴頭是一樣的，其他可能略有出入，例如我是用原本 2.0 的 hub 來裝。這會需要小改二個地方，第一是噴頭架子那個鐵片的槽溝只有 5.5mm，所以要擴孔到 6mm 才能鎖進去，這個可以用鑽床或銼刀加工一下，算還好。
第二是後吹風扇會無法鎖在裡面，所以就變成鎖在外側，也剛好不會卡到碳纖管。

另外，我的進料馬達是裝在 Z 軸後面，因為我也沒有在上方的馬達支架和滑順的線料架。不過這無所謂，因為我的天花板本來就有其他的用途規劃。改在 Z軸後側除了不好換料之外，其實好處不少。這個以後可以慢慢分享。

而我用的韌體和切片方式也是以自己的版本為主，主要在於進料深度是以讓料進到Y型管前就停止。

另外，因為是用 KISSlicer ，所以是設定當有切換擠料機時，會先把原先的退料，然後再進新的料。來達到換料。

目前是用 wall 來替代換料柱。

未來，我打算多加一個刀具柱，在刀具柱上可以加裝噴嘴清潔模組，當噴頭需要換料時，它會到刀具柱這邊進料換料清潔，但若沒有換料時，它就會像單噴一樣，一路印，不會浪費時間，也不會浪費料。

當然，這個刀具柱還可以有很多用途。這個就先不講了。

[Next step]

10天過去了，雷切機台已經即將完成。

這次的組裝經驗很不一樣，令人收穫很多。主要的原因來自它並非出自一間公司，而是一個資深技客。這其實有很多缺點，但相反的，它點出很多可以進步的地方，以及值得學習的問題，反而讓人忽略它的不足。

主要的收穫在於，

1. 作為一個創客，你如何在各點之中摸索出可行路線。

這時你依靠的是什麼？網友？手冊？知識？還是導師？
當你依靠的東西越少，自主性就越高。

2. 資源

以這台雷切來說，主要核心除了結構之外，雷射管、光學系統、電源、功率控制、主板，以及軟體。

最後面兩項可能是使用是否簡便的最大關鍵，畢竟人家已經開發太久，功能也已經十分完整，而且已經軟硬體綁定了。若是要自己改，就得先選好主板、韌體和軟體的搭配。

3. 用途

工具是死的，人是活的。所以你想拿工具來作什麼才是關鍵。
有雷切，就有雷切的思考範圍；在 3DP 上裝雷射，就有在 3DP 上用雷射的用法。這就像是潛能開發的概念一樣。你多會一招，就多一招。而不是像現在的建構式數學，什麼東西都拆解成很笨的算法，這就像用 3dp 永遠用加法的概念在看一樣。所以，未來的 3dp 能否加減乘除，我覺得那是無庸置疑的。因為工業版的金屬雷射列印機就直接整合 CNC 在裡面了。

問題在於，這些模組能否 minimize 到合適的尺寸，能否 cost down 到可接受的費用，是否有夠好用的軟體。這其實都是市場需求，都是機會。它是不是沒用？我絕對不會這麼說。

下一步，我想可以著手把買了快二年的 CNC 組起來了。

等等來去工具機展找相關的資源！