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[硬碟馬達變身電路板鑽孔機]

每個玩電腦的人一定都有電腦升級或故障後淘汰下來的舊硬碟，有時人們會習慣拿它來作備份碟直到完全不信任它的穩定性。這時尷尬的是，稍有資安概念的人會清楚硬碟是不能隨便丟棄的，但留著也沒什麼用。一般常見的大概就是把它拆了，然後留下幾顆釹鐵硼強力磁鐵....

但現在都什麼年代了？Maker 們怎麼可能甘心如此呢？所以也有人拿它來當小型的研磨機。

不過今天要介紹給大家的用法不太一樣，是拿它的無刷馬達來拿電路板鑽孔機。

為什麼要這樣作呢？

現在 3DP 幾乎是所有 maker 人手一台，甚至一個人擁有很多台，但它的功能性有點太單一了。

對很多 maker 來說，洗或雕一些基本的電路是經常在幹的事，但是通常只有公司才會有專用的電路板雕刻機。對 maker 來說，投資那個不太划算。
一般的手持式鑽孔機普遍細長，扭力也算普普，重點是馬達的振動偏大。相反的，硬碟馬達因為需要高度精密，所以它作得比一般無刷馬達要高級得多。

定位只在電路板、玻纖板和壓克力板的薄件鑽孔，所以也不用特別大扭力。
原本我也嚐試過用現在的手持電鑽來加工，抖動問題太嚴重，而且馬達軸心不具備止推效果，對加工過程不利。之後也有試過買遙控四軸的無刷馬達來用，它的扭力略大，轉速略高，但穩定性沒有硬碟馬達好，而且加工難度更高。

所以我從一堆收集的硬碟馬達中挑了比較好加工和安裝的馬達來用，然後原本想說用 3DP 印轉接環來固定 ER8 的夾頭，結果果然是太天真的，同心度差到爆。之後只好自己車一個，但又找不到合適的材料，最後剛好轉接環的尺寸跟之前報廢的時規皮帶輪差不多，就以它為底材車了一個。

原本擔心固定軸心的螺絲孔會造成偏心震動，所以在鎖回沈頭螺絲後，震動的問題就有了明顯的改善，實際鑽孔測試一下，一般電路板很容易就鑽穿，而且孔形算蠻漂亮的。

至於要怎麼控制呢？

其實兩年前就有測試過了，只要改 gcode 就可以按照自己設定的位置去鑽孔。

但最近有在玩 CNC，所以這部份可以加入 G29 的平面校正功能，可以讓鑽孔深度更精準，甚至可以只挖掉銅箔。

另外，為了能更精準的定位和進行雙面雕刻，在操作前要記得設計定位孔，這樣可讓整個操作精度維持在高水平，又能兼具方便性。

硬體清單
HLW XXD-30A 電變一顆 250 元
不知名的硬碟馬達一顆 0 元
ER8 延長桿 一支 250 元
ER8 夾頭各尺寸共九顆 450 元
轉接環 (自行加工) 0 元
HUB 列印版 0 元
球頭 6 顆 600 元

系統整合
使用 3DP 主板上的 servo port 進行電變控制，需修改 Marlin configuration.h 裡的 servo_numbers

針對電變的 PWM 規範，可在宣告時設定適合的波型訊號。但手邊沒示波器，所以只作基本測試，能動就好。

可在 servo_init() 中針對電變進行運作狀態設定，但手邊沒這顆電變的規格書，所以也是能動就好。

控制時，可透過 M280 針對特定 servo port 丟值，或者透過 M03 指令與雷射模組共用指令集。

優化空間
因為是拆硬碟馬達來用，所以該硬碟的原始轉速和碟片數決定了廠商會用什麼功率的馬達，所以若要作比較進階的應用，最好找一萬轉、４碟以上的硬碟來拆，那個馬達會比較威。

電源供應目前是以 3DP 的 12V 電源為準，但若要強大功率，也可以考慮獨立電源來使用。

要把 z min 的微動開關端點外接，讓它可以透過 G29 進行平面校正。
轉接環轉動慣量的選擇，基本上它等於是馬力的儲存機制，可讓加工的品質更穩定。但太小會沒效果，太大可能也有副作用。所以這部份目前傾向只用鋁或銅這類好加工的材料施作，不特別加重加大，但要維持它的同心度和耐用性。

以上分享，有興趣的人可以自己改來玩看看....

https://www.inventor.com.tw/news/30

為了測試 Delta CNC 究竟能不能吃鋁，就有了這個怪東西了 XDD

２０１７年初撿了太多寶，但一直都沒時間派上用場，所以準備陸續進行測試，確定配線、用法和控制方式後，就可以將它們導入目前的專案了。

［CNC]

這算牛刀小試，因為棚拍需要一台強力風扇，所以拿無刷馬達來搞。因此，就CNC了一個座子方便把它固定在燈架上。

這個試驗的另一個目的也是為了測試和累積CNC經驗，好為日後在 ATOM 上加裝 CNC 頭作準備，另外以後在 hub 上的改裝也會改以 CNC 的鋁銅件直接成型施作。這表示先前自行改良的噴頭、想改裝的CNC 主軸，都可以開始設計執行了。

不過還是得把咩的事情處理好先～～

[世界是心的映射]

這世界長得什麼樣，取決於你的心態，和眾多他人的心態所組成。

當你的心態和多數人的心態不同，會感到相對辛苦。

相反的，當你的心態能領導眾人前進，那麼你會覺得很不一樣。

在各行各業都是一樣的。

這幾年一直在快速發展的自動化、智慧化，這是幾年前極少數大型企業在玩的，現在開始爆發。結合之前的雲端、大數據、開源，這麼多的技術扎扎實實的改變了人們的工作和生活。

那麼，你說現在的生態跟幾年前會不會不同？會不會受影響？

肯定是會的嘛！

憑什麼整個世界都在進步，卻有某些人、某些產業永遠不受影響？

重點是，當整個世界完成轉型之後，你會有多少競爭力？還存在多少活得美麗的實力？

這是我一直不鼓勵女孩們作直播的原因。因為這個模式等同是活在別人的施捨之下，不是被一個人包養，是被一群人包養，而你的任務就是娛樂他們。

這是一個很可悲的經濟生態！

一個努力工作的人，生活苦悶、社交貧乏，需要在手機上看直播，尋求慰藉，靠刷禮物取得存在感。

另一邊則是活在倍受寵愛、揮金如土的世界裡，透過給予安慰來獲利。

這都不是我所期待的人生。

我期待的人生是在很快的時間裡，可以達到具體協助每個心中有夢的人，完成他的夢想，對這個社會作出具體的改變，對這個世界作出具體的貢獻。

因為，在全面自動化、智慧化的時代來臨前，人們需要學習的事情是清楚認識自己的意志，以及關心和了解這個世界的需求，最後用最有效率的方式作出改變。

這件事未來會變成常態，人人都要會，人人都在作。

這些想法、這些能力、這些資源、這些經驗，都需要時間去作整合、測試，然後作出案例，快速複製、廣泛應用。

在那個時代來臨時，直播，會是一種很可憐的存在，就像【第五元素】裡的那個角色一樣。

而工作行情的問題，請試想，當世界的變化如此巨大，你懂的，你會的，你作的，在過去，在現在，在未來，真的等值嗎？還是升值？抑或貶值了？

世界是心的映射，你的心，以及很多別人的。

[PROTON+ 改版設計心得分享]

隨著 PROTON+ 開始進行列印組裝，趁空檔把一些心得分享一下。

首先，要感謝 ATOM 提供了 PROTON 和 NEUTRON 的開源計劃，並且提供了基本的金屬件來組裝，這省下了不少的準備功夫，相信也會讓很多人重新思考自己對 3DP 或開源軟硬體的認知。

記得當初是趕在三月初的時候完成 PROTON 組裝和試印，那完全是在東拼西湊的情況下把它弄起來，因為幾個關鍵的限位開關、近接開關、風扇都和設計不同。

但老實說，那個列印的體驗並不是太好，這不是抱怨喔，因為開源自己搞東西完全沒有抱怨的立場，歡喜作甘願受！

也因為列印的體驗不太好，反而讓我特別留意究竟是那些問題造成的，收獲反而更大。

但是，其實它的列印品質算蠻不錯的。以初版列印來看，它的品質不會連 ATOM 的車尾燈都看不到，然後是可以巴過一些陽春機的。關鍵在於它的精密度取決於硬體，而沒有受到軟體的減損。

印過幾次之後，我就決定按自己的想法來改了。中間還歷經了用不同的軟體、改不同的設計邏輯，但這些跳過，直接講收穫。

‧使用經驗

一台機器好不好用，有一個簡單的指標，就是把要作一件事的程序列出來，然後看你要花多少動作完成這些程序，得到最後的結果。

更進一步的，可以看當機器有異動時，你必須花多少時間把整個狀態穩定下來，開始列印。

這每一項的動作，都有值得努力的地方和巧思要留意。

所以，在我的 PROTON+ 裡作了幾件事：

1. 全面改為光學限位，就當初裝好 PROTON 時的測試，它的定位精度大概在２條左右。

2. 近接開關改為蝸型齒輪調整模式，也就是你可以用一支起子直接來調整近接開關的高低，讓它跟噴嘴的高低差最一致。

3. 線路改走光軸中心，把噴頭上面所有的線路藏起來，簡化整台機器的外型複雜度，只要接一條電源線就能運作。

4. 強化光軸固定件的尺寸和固定力，同時改為提把式，方便把整台機器帶著走。

5. 電源、主板、雷射模組及散熱直接作進機殼中，讓它可以散熱，又可以增加機台穩定性。

6. 鋁板改為快拆型式，方便列印及維護保養。（拆下鋁板後，掀開機殼上蓋就可以直接看到主機進行配線或調校。傳動皮帶部份不與鋁板連動，所以拆鋁板不會動到框架。

7. 增加螺桿螺母預壓機構，讓X軸和Z軸傳動不會有明顯的背隙誤差。（改為雙螺母方式安裝，一顆以螺絲鎖死，一顆調整到無背隙後，再以擋板施壓固定，以消除變換方向時的間隙誤差。）

8. 進料臂改為左手施壓、右手進線模式，方便右撇子的操作，也容易觀察進線狀況。

9. 進料臂增加PTFE快拆，方便線材導管的接續，並且在入線口加裝斷料偵測。

10. 依扭力需求選用不同馬達，Ｘ軸和Ｙ軸的扭力需求較小，以4248馬達為主；Z軸和E軸需要的扭力較大，以4260馬達為主。

11. 噴頭的喉管改用 E3D 的加長型喉管，以提升噴頭的固定力道，否則原設計的固定方式很容易把噴頭撞歪，然後得整個重新校正。

‧設計概念

在這次的設計程序中發現現在的 3D 設計資源非常多，零件你可以在淘寶上很容易買到，超便宜；也能在網路上找到這些零件的 3D 檔或尺寸圖，所以設計時其實需要畫圖的時間不多，很多時候反而是在排列組合，以落實自己的設計構想。

若是能作到參數化設計，更換零件後自動修正相關零組件的定位的話，設計這件事會變得非常快速。

一開始我還花了時間去試用 onshape，也花了一些時間去畫自己的零件。但最後發現，設計的重點不在於絕對精美，因為越精密的零件讓設計的效率越低，而真正關鍵的往往是干涉判斷、固定位置、走線空間、結構剛性、流場動線。這些東西不一定要精美的畫面，而是要精準確實的點出問題即可。

‧設計程序

在設計時，必須先研判一些關鍵零組件的干涉問題和空間需求，否則往往因為這些東西衝到而讓整個設計翻盤。

確定了基礎結構之後，再依設計巧思去配置各個零件組，以滿足設定的功能規劃。

最後替每個零組件配置合適的組裝空間、定位，排好組裝程序，完成後就可以確認各零組件的尺寸。

‧結語

這次之所以會想重新設計 PROTON+ 的目的就是從頭走一次整個過程，因為玩 3DP 快二年的時間，一直以來都是去適應機器的用法，在設計者規劃的邏輯和程序之下操作。

透過這次的設計，會讓人一再反思許多事，像是你認知的 3DP 操作程序、執行的重點、處理的方式、潛在的風險、.....；整體在機構上、電氣上、熱流上、視覺上的問題....。

然後當世界上有這麼多零組件、這麼多免費資源存在時，你作的每件事情究竟有多少價值，究竟對那些人有價值？

最後，因為經歷過這一遭，讓我知道未來挑戰的重點在於創造彼此認知和需求的價值，不再只是會印、只是會畫、只是會設計。

而是要熟悉、精進自己的能力，然後積極、快速的解決看到的所有問題。

[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。

[數位控制攝影滑台]

打算作二支，一隻給簽約的麻豆自拍用，一隻留著攝影棚用。想了很久，本來想用open builds作，但又覺得費事。這次挖到到不少材料，所以這次就直接拿來改了。

2017/02/13 更新進度
Ｘ軸硬體固定
光學限位安裝
基本電控測試
韌體整合 - GRBL

[ATOM攝影棚]

換個角度，加個黑幕，用手機隨便拍拍就OK囉。

目前算構想測試階段，等燈條、熱場、控光電路、旋轉平台都弄好，除了能當攝影棚用，還可以支援 photogrammetry 當3D掃描用。

Delta 的應用還可以有很多很多，一步一步來了。