9/29 從設計到製造：機械產品是如何誕生的？

0:07我們今天來上這個機械工程概論,那我先介紹一下我自己,我叫黃建達,我主要做一些精密機械製造的相關的開發,這邊有我的聯絡方式,我的辦公室在工518,如果有同學有對課程有任何疑問,可以寫email給我,這邊是我的email。

0:39我們這個單元主要會講的是這個機械產品是如何誕生的

0:51從這個設計到製造

0:53我們主要會分成八個小單元

1:02我們會講一下機械工程的基礎定義

1:06然後還有需求分析跟它的架構

1:10再來講動力系統的分析跟模擬

1:14接著是流體機械的原理和應用

1:19還有我們現在做的數位化設計和虛擬原型是怎麼樣進行

1:26再來還有介紹一下先進的製造技術跟工藝

1:32製成工藝

1:33最後提一下這個永續發展和對環境的影響

1:38那會銜接到下一個單元是這個

1:44關於材料跟製造方面的

1:48那是下一堂課才會介紹

1:50好那我們先看一下什麼是機械工程

1:57機械工程不是只有單純機器才算是機械工程

2:03我們機械工程的主要會發現問題

2:07然後並且解決問題

2:10那這個中間的過程就需要靠這個工程師的創意

2:17然後使用手邊現有的資源

2:21然後把你的解決方案提出來並且讓它實現

2:26那所以我們要一步一步瞭解它這個過程是怎麼樣發生的

2:32那機械工程的定義其實是很廣泛的

2:37因為它不是單純有碰到機械相關才算在裡面

2:43它裡麵包含了關於力學

2:47熱力學、流體力學、材料力學這些都是

2:52這些都是屬於我們這個機械相關

2:57機械工程相關需要研究的部分

3:00還有包含物理化學的性質

3:04因為我們要了解材料

3:06我們才可以做工程類的相關的事情

3:09所以它是一個整合性的學科

3:14把我們基礎的物理原理

3:18或是我們的數學模型

3:20化成可以實體解決的方案

3:25那身為工程師

3:27我們的角色要做什麼呢

3:29我們要負責這個最佳化我們設計的產品的效率

3:34不管你是設計一個消費性市場裡面需要用到的產品

3:42還是說加工方面需要用到的工具等等

3:46這些都是屬於我們這個工程師的範圍內

3:52那這些產品或是工具也會包含跟安全性

3:59還有耐久性的問題

4:01那我們必須要確保

4:03我們設計的東西

4:05在各種環境下

4:07都可以

4:09穩定的運作

4:11至少在我們

4:13設計的這個

4:15壽命之內

4:17它是要能正常運作

4:19好

4:21那現在這個部分

4:23也

4:25從微觀尺寸

4:27到宏觀的部分都有

4:29包含微奈米的相關的機械產品

4:34還是說航太領域的太空船等等

4:38這些都是我們身為工程師

4:44需要做的設計跟問題解決

4:48所以它整個核心的流程

4:51就是像右邊這樣列的

4:53首先我們要知道這個需求是什麼

4:57今天你可能在生活中或是工作之餘

5:05或是說你自己發現了某一個產品

5:09還是現實生活中發生你覺得想要解決的問題

5:17或是它對你而言不方便的地方

5:20或是它的這個缺點

5:22那你不想要每一次都面對它

5:26那我們就要需要今天我們要解決的問題就要先定義清楚

5:32然後它需求是什麼

5:34你需要它可以多什麼功能嗎

5:37還是說它的問題是要靠換一種材料等等等

5:42你要知道今天它現在的需求是什麼

5:45它要跑得更快嗎

5:47還是說它的工具功能要更豐富等等

5:50那再來就會做一個邏輯的設計

5:53就是今天我要靠選擇哪一種方式去解決它

6:01是有機會的

6:02不管你是看這個現有的製程方式呢

6:10還是說要開創一個新的

6:12那你總是要有一個物理的原理的基礎

6:17或是這個數學模型去輔助你

6:21去解決這個問題

6:23那所以你就會去設計

6:25今天我要改良哪個部分

6:27那你的設計有沒有機會達到你的需求

6:33在這個現有的知識領域下

6:37那接下來就會做模擬分析

6:40因為我們現在有很多電腦輔助相關的工具

6:44都可以幫你做這件事情

6:46你可以把你的需求跟你的設計都在電腦的軟體裡面建模起來

6:55然後透過電腦的運算能力幫你分析它的工程問題

7:02這意思就是說

7:04縱使你可能不知道複雜問題裡面的物理或是數學模型

7:11或是特定的公式

7:13但是如果你可以透過軟體的方式,它幫你補足這一塊

7:18你把你現實生活中的模型、建模

7:25包含你的修改的設計

7:28然後建模在軟體裡面

7:31那盡可能的貼合現實面的這些材料

7:36還有尺寸等等

7:38包含它是怎麼樣製造的

7:41然後靠這個電腦軟體公司幫你建立好的這個物理跟數學模型

7:49去幫你做運算

7:51然後分析一個報告結果給你

7:55那分析這個階段如果完成

7:59我們看這個報告感覺看起來是沒什麼問題的

8:03那我們就會開始朝向實現它的這個方向

8:07那就會再走到製造加工

8:11那製造加工同樣的會

8:15也可以靠電腦輔助

8:18在你真正加工之前呢

8:21可以在電腦裡面透過輔助軟體

8:24幫你操作

8:27這個機器要怎麼樣的運作

8:30它才可以幫你加工你想要的造型

8:33然後它也可以預加工

8:37透過模擬的方式你可以先預先知道說

8:41這個路徑呢 這個刀子走的這個路徑

8:44你可不可以達到加工完成的時候是你的造型

8:50這個問題比較大

8:53因為我們可能覺得這個東西切過去 然後可能形狀就會出來

8:58這個實際上不一定

9:00那現在的軟體其實是有辦法做到幾乎百分之九十九是

9:06它顯示給你的

9:08跟你實際加工來是差不多的

9:10所以

9:12我們就會在實際

9:14真正拿實體的

9:16材料去

9:18開始製造之前

9:20我們就會透過電腦的方式

9:22預先知道說

9:24可能的這個問題

9:26或是說

9:28有一些部分的設計

9:30是沒辦法透過

9:32你選擇的製造方法

9:34去加工出來 它也會提醒你

9:37因為你看那份報告或是軟體呈現的樣子就會知道

9:42好 那最後才是實現它嘛

9:46實現它以後 你的實體出來了

9:49那總是要做一些測試

9:52看看有沒有符合你當初的需求

9:55你有沒有解決你當初設定想要解決的問題

9:59那這個過程呢 雖然它就寫個五步

10:03但是事實上每一步往後走的時候

10:08如果發現一些無法解決的狀況

10:12你這一步已經完成不了下去

10:15問題越來越多的時候可能就要倒回去

10:18前一步去解決

10:20譬如說你的模擬分析就已經知道

10:23這個材料可能沒辦法負荷這麼久

10:27你的壽命達不到你的需求

10:30那你再怎麼跑 它同樣的材料 它也很難做到

10:34那所以我們是不是就要回到設計階段

10:37你是不是要改變一種材料

10:39或是說你的結構就不能長得這樣子

10:42然後你就要換一種結構的設計

10:44然後再回到模擬分析等等

10:48那也有可能是在製造加工的階段

10:51你發現說 我選擇的這個製造加工的手法呢

10:56是沒辦法做出這個造型的

10:59怎麼弄都沒辦法

11:01包含你用模擬的 包含你直接加工出來都沒有辦法

11:05那 所以我們就要回過頭來

11:08今天是你的設計要將就 你的設計要調整

11:13還是你要重新選擇另外一種製程方法

11:19所以這個過程其實會來來回回的

11:23好 那我們必須說這個機械工程真的是蠻廣泛的

11:31主要分成這五個步驟要給你有一個核心的主軸

11:38知道我們工程師大概需要做什麼樣的規劃

11:45到底從定義你的需求的一路到最後實現它這樣子

11:51所以這個機械工程的應用產業真的是很廣泛

11:57包含什麼建築、土木這些都算

12:00然後煉油、化工、醫療產業、半導體等等

12:05這些全部都是算在機械工程裡面的範圍

12:10好 那我們生活上呢就會包含什麼

12:20像是交通工具

12:23汽車裡面的引擎的活塞運動

12:27它就會包含你的材料

12:30你的結構

12:32還有你的熱影響

12:34還有像腳踏車裡面的傳動

12:39齒輪鏈條

12:41飛機的話

12:43像是它的渦輪

12:45跟它的發動機

12:47還是它的引擎

12:49這些都要搭配不只一種學科去完成它才能做出設計

12:56包含它需要知道力學

12:58它需要知道熱力學

13:00它需要知道流體力學等等

13:02都需要綜合的考量才有辦法設計出來

13:07那雖然有些產品看起來比較簡單

13:11像是什麼洗衣機的這個裡面這個旋轉的這個脫水的這個機構

13:17但是呢,這邊除了你要讓它轉起來以外

13:22你還要考慮防水的問題

13:25材料的選擇跟結構的設計也是一環

13:29怎麼樣讓你的驅動的馬達

13:34跟清洗會泡水的地方是分開的

13:39怎麼樣讓那邊的水不會流過來馬達

13:43或是控制電路這裡

13:45然後還有像冷氣機

13:48冷氣機怎麼

13:50這個室內機跟室外機它是怎麼樣做循環的

13:55還有這個電風扇的渦輪葉片等等

14:00那怎麼樣做到靜音

14:03那這些都是屬於這個生活上裡面的這個機械工程的案例

14:10那走到比較先進的部分呢

14:12其他的部分就像是醫療機械手臂

14:16在幫醫生輔助做手術的機械手臂

14:22怎麼樣讓他可以按照醫生指定的動作

14:28去做那些細微的控制

14:32還有像智慧型手機裡面

14:35裡面的微機電系統

14:38不只是電路板

14:41現在有一些像是摺疊手機中間的鉸鏈啊

14:46然後還有那種伸縮鏡頭

14:49甚至是現在有這個

14:53有可變光圈的鏡頭

14:56這麼小的可變光圈在

14:59手機裡面是怎麼樣整合進去的

15:02這些都是工程技術裡面這個微型化

15:08跟高精度的這個趨勢

15:11好,那我們知道了我們現在的需求是怎麼樣子的

15:22那為什麼我們看到的產品會是這樣子設計的

15:29是怎麼樣轉化成這種設計的,為什麼會侷限住

15:35那首先呢,關於使用方面

15:43大家當然希望你的產品,像車子希望它跑得快

15:48或是工具它是有一定的強度、功能性

15:53或是說你生活上使用產品它要非常安全

15:58那這個使用者的感受是屬於比較抽象的

16:04那是他主觀預期的期望

16:07跟他認為他現在使用上覺得的缺點

16:14那我們就要把它轉換成怎麼樣

16:16轉換成它的功能的需求

16:19也就是說 我要判斷說它這個

16:22感受這個這麼抽象的描述理念

16:26其實如果轉換成機械這邊

16:31工程的角度去思考

16:34它要達到前面描述的這個需求

16:40我需要去配備哪些部分才可以達到

16:45包含它如果今天說它要快

16:48那我們就要考慮說這個東西的外型

16:51是不是可以更流線，減少阻力

16:54或是說這個馬達或引擎

16:57它的這個驅動是不是可以用更高的轉速

17:02我們要把這個功能呢

17:05要先轉換成這個技術方面的定義

17:09這樣才可以讓他們比較抽象的感性的描述

17:14變成系統性的功能

17:16那這工程定義出來後

17:18我們才可以再進一步變成

17:20工程方面的規格

17:22那今天說

17:24我要提高轉速或是說

17:26我要降低阻力

17:28那我就要考慮

17:30這個以工程的角度來看的話

17:32那轉速呢

17:34我預期,我希望它可以達到

17:36多少的

17:38轉數,總之要一個數值

17:40給我一個數值

17:42那這個輸出的功率

17:45今天我把這個轉速拉高了

17:49相對的

17:50我整體的這個產品

17:53它的功率也必須要提升

17:55那功率提升的情況下

17:57這個

17:59我之前設計的這個

18:01能源的使用

18:03足不足夠讓它負荷

18:05等等等

18:06然後關於這個安全的話那也是

18:10今天安全的部分 它是哪個部分要安全

18:13那最基礎的部分我們會定義這個叫做安全係數

18:19也就是說 不管是零組件還是整體組合件一起看的時候

18:25我們會看這個材料

18:28從它必須負荷的強度一路到我幾倍於它都可以負荷的了

18:36這個就是最簡單去描述安全係數的部分

18:41比如說這個椅子跟你說它可以承受100公斤的人坐上去

18:46那我今天的安全係數2或3

18:49那可能就意味著

18:51如果我今天坐了一個200 300等等的人

18:55他還有辦法幫你負荷

18:58那個才是他的極限

19:00這個是安全係數的部分

19:03那所以我們要把它轉成量化的規格

19:07就是工程規格

19:08那這樣子才有一個具體的測試目標

19:12跟這個製造的工程

19:14也就是說

19:15你要有一個量化也是有數字的

19:20然後很明確的跟你講說

19:22哪個指標呢是必須要達到的

19:25那我們實現它的時候

19:28你才可以做相對應的測試嘛

19:31我真的 看他可不可以開到 譬如說我現在要求要

19:355000轉 每分鐘5000轉

19:38到時候測試我就是拿這個量標準

19:41看他有沒有達到5000轉

19:42沒有的話就表示

19:45這個部分我們沒有達到他的功能需求

19:49然後製造手段也是

19:52雖然我們說

19:54我們可以製造很多精密的東西 但是

19:57不是每一個零組件每一個環節全部都要用最高規格去看待

20:04因為我們可以做那麼精密沒有錯

20:06但是我們需要花費的成本

20:09然後花費時間等等都也一併的拉高

20:13那不是每產品裡面每一個零組件都需要做到這種程度

20:22性能指標跟安全性的考量就會包含什麼

20:31我們必須在速度力量功率跟安全裡面找一些平衡

20:37這個是比較泛用的指標考量

20:45包含像是動力

20:47動力裡面就會有速度還有力量就是它可以出力多少

20:54還有它的功率

20:55然後我們可以透過這些去決定這個機器做工的效率是什麼

21:04那另外一方面就是剛剛有提到的這個安全性和可靠度

21:09也就是說這個我們如果遇到極端情況下

21:13這個安全系統的設定就是避免它在這個極端情況下突然的斷裂

21:21這個就是疲勞

21:23疲勞就是說你這個材料反覆彎折以後

21:27它產生的破壞

21:31這些屬於安全性跟可靠度

21:34然後再來是環境的適應性

21:37剛剛考慮的點呢

21:39還要包含說這個產品運作的環境是怎麼樣的

21:44它會不會面對高溫

21:46會不會面對高壓

21:48什麼時候面對高溫

21:50或是周圍相關的零件

21:53或是說飛機渦輪葉片

21:56它不只要承受高轉速的離心力的作用

22:01還要承受渦輪機後方高熱的環境

22:08高壓像是一些特殊的管道

22:11不管是氣體還是液體

22:14甚至還有腐蝕性的環境

22:17做一些溶解

22:19做一些化學方面的

22:21擺植等等

22:23這些環境

22:25那

22:27它相對應的產品

22:29或是它的工具

22:31或是零組件

22:33就會受到這些限制

22:35我們必須要考量

22:37適合它這些環境的

22:39材料跟結構

22:41那這些考量進去以後

22:46往往

22:48這個東西要能動起來

22:51機械要能動起來

22:53那要能動起來就是因為它有這個

22:56能量的轉換或是傳遞

22:58那所以我這個機構的組件呢

23:01是可以依照我的需求做運動

23:07那這個

23:10國高中都有學過嘛

23:12這個能量守恆

23:15能量沒辦法被直接創造或是毀滅

23:18那它只是做一個形式的轉換

23:21包含這個熱能、電能等等

23:26還有化學能等等

23:28我們把它轉成機械能

23:30那機械能就會讓我們像是齒輪運轉

23:35然後鏈條或是這個凸輪

23:38或是活塞或是連桿

23:42這個旋轉機構等等

23:44這些就會運動起來

23:47那比較經典的幾個包含熱機

23:52熱機裡面呢

23:54是像譬如說像內燃機就是引擎嘛

23:59然後還有蒸汽渦輪

24:01這些呢

24:02可以將什麼呀

24:04可以將化學能轉換成熱能

24:07轉換成熱能以後呢

24:09再轉成機械工

24:11就是轉成機械能

24:13那像這個傳統的運輸

24:18或是這個大型發電站的這個最基礎的單元就是這個熱機

24:24然後還有在像是電動機

24:30那電動機就是用電磁感應的原理

24:35我們可以將這個電能呢轉化成旋轉的機械能

24:41那電動機應用其實不是隻有旋轉的時候才發生的

24:51包含自動化設備也是 不管它是直線運動還是做機械手臂的控制

25:01機械手臂的關節能夠彎折 準確地定位到你指定的部分

25:09然後它去幫你夾持

25:11不管是零件還是什麼樣 組裝

25:14好 這些裡面也是有電動機

25:17它會搭配這個減速齒輪

25:21去轉化 從360度旋轉的轉化成特定角度的微量的控制

25:28而且它可以託舉

25:31這個可能比自身重的這種零件

25:39這些裡面其實也是有電動機的

25:42它背後就是要先從你給它的電能

25:46你給它的電能訊號

25:49然後它轉換成機械能來達到

25:54然後再來有一種也是我們很廣泛使用

25:57就是液壓跟氣壓的系統

26:01然後因為這個流體呢

26:05我們就會運用它不可壓縮的這個特性

26:09然後就可以做這個壓力的傳輸

26:13然後去傳遞這個能量

26:16那他就有這個極大的這個功率密度

26:20可以適合去推舉需要需要巨大力量

26:25而且動作精密的這個場合

26:27像這邊舉例就是像挖土機

26:30一樣像那個壓機

26:32這個液壓機

26:34這個YouTube的短片應該很多

26:35把那個東西塞到那個

26:39液壓機裡面然後壓給你看

26:42然後甚至是飛機的這個操縱面也是要這個

26:48那基本力學這邊呢

26:57就會包含力跟力矩

27:00就是說我的這個機械能到底可以推多重的物體

27:05或是它旋轉的時候它可以旋轉多大的力量出來

27:10那這個是我們需要知道的這個負載分析最首要知道的部分

27:17所以靜力學動力學就是主要在學這邊

27:22那再來是運動學

27:25運動學我們就會討論位移速度加速度

27:29這些其實國高中也有算過

27:32那但是大學的部分呢

27:35我們就會開始做一些像是機械相關零組件的運算

27:41包含這個連桿、齒輪、凸輪

27:44那我們就可以讓旋轉的運動呢

27:49轉換成我們指定的複雜直線或是曲線運動

27:55那功率的輸出呢

27:57我們就要知道 因為剛剛說了

27:59它需要靠能量的轉移

28:02才可以讓其他的能量轉換成機械能

28:07機械能才會讓我們機器動起來

28:10所以我們也要討論一下它的功率是怎麼樣

28:15那包含我們剛剛說你怎麼讓電機可以

28:20透過減速齒輪讓機械手臂的關節可以完整

28:27好 那這個就是要設計的時候考慮這個功率的輸出

28:34我們要找到適合的減速比去平衡速度跟扭矩

28:38好 那我們這邊就有一個範例

28:42假設這個我們要讓一個2000公斤的車子

28:52它只有10秒從每小時18公里加速到每小時108公里

29:00那我們要怎麼計算

29:03所以我們一開始就要先把這個單位做一些換算

29:10首先那個每小時幾公里我們就要換成每秒鐘幾公尺

29:17所以它一開始的速度是每小時18公里

29:24那我們就要換算成它是每秒鐘走5公尺

29:28這個初速

29:29那同樣的108公里每小時

29:33我們就要換算成它是每秒鐘30公尺

29:37那它的功率要怎麼算呢

29:43它其實是我們可以透過這個動能的變化

29:47那動能的變化可以告訴我們說

29:51這中間的過程它要多累積多少動能

29:55那動能的話就是二分之一MV平方嘛

29:58所以我們可以把前後的動能差

30:01互相相減出來

30:03那我們就可以得到

30:05它是這個

30:07875千焦耳

30:10875千焦耳

30:12那

30:14這個題目今天如果是問你它需要的平均功率是多少呢

30:20因為它總共花費10秒

30:22所以平均的功率我們就必須除以這個10秒

30:27就是每秒鐘我們至少要給它87.5千W

30:3487.5千瓦的這個

30:38因為焦耳除以秒就變瓦特了

30:40的這個能量我們才可以讓它運作

30:44那如果它是問你說

30:48那我馬力的部分

30:51馬力的話我們就會再除一下這個0.735

30:56去換算一下公制的馬力是多少

30:59那當然這中間全部都是理論值

31:04我們這個純粹就是

31:06我們沒有額外的能量損失才可以這麼計算

31:12那今天假設我在我的這個機構

31:17這兩種車子它在傳動的部分 它就已經先損失了一些

31:25所以這邊有寫 如果傳動效率大概是80%到85%

31:31那就表示說 其實有大概20%到15%的能量會損失掉

31:39不管你是傳動這邊的損失 還是說這個外界的

31:46包含空氣阻力、輪子的滾動阻力等等

31:51這些都沒有考慮的話

31:53最理想的情況才是這樣子

31:56那假設其他的阻抗這些都考慮進去的話

32:00可能輸出就要抓得更大

32:05好 那剛剛是問平均功率的部分

32:08那假設我想知道它最大功率需要多少

32:15那是另外一種計算的方式

32:18那我們就重新考慮一下

32:21同樣的它的質量一樣是這個

32:242000公斤

32:26然後時間是10秒

32:28那我們剛剛已經換算過了

32:30從這個

32:32每秒鐘5公尺的速度

32:35變成

32:37每秒鐘30公尺速度

32:39這樣子

32:41好

32:42那

32:43關於我們

32:44想要找到這個最大的功率也就是說

32:48瞬時功率、最大瞬時功率的話

32:50那我們就要先假定

32:53可能這整個過程呢 他都是

32:56做這個 等加速度運動

32:59那等加速度運動的話 我們就可以怎麼求呢 就是

33:03把那個 剛剛的兩個速度

33:06相減嘛

33:08這個 末速度減掉初速度

33:11然後去除以10秒鐘

33:13他在10秒鐘呢 從

33:16速度是

33:18每秒鐘5公尺變成每秒鐘30公尺

33:21所以你就可以把它減出來

33:24它的 如果是用等加速度來運動的話

33:27它的加速度是2.5公尺

33:32注意秒平方

33:34那這時候呢

33:36我需要牽引它的力量F

33:39就可以用F=MA來算

33:41所以就是2000公斤呢

33:44乘上這個加速度2.5

33:46那我就知道喔 這個需要讓他跑這個等加速度2.5的這個狀態

33:51那我必須 我就必須要給他5000牛頓的這個力量

34:01這個牽引力才有辦法達到

34:04那既然你要給他5000牛頓的這個牽引力

34:09那我們就可以乘上他的末速度 是每秒鐘30公尺

34:15所以五千乘以三十的話就是一百五十千瓦

34:21一百五十千瓦就是它的這個最大瞬時功率

34:28是這樣子做計算

34:30好 那剛剛是加速的嘛

34:44那我們另外呢如果是讓它車子煞下來的話

34:49假設我一輛這個同樣的車子

34:53我想要它原來的

34:57從這個速度是每小時108公里

35:02這個速度在兩秒內完全停止

35:07那它需要滑行幾公尺才能完全停下來

35:13才能在兩秒內完全停下來

35:16那同樣的我們還是要

35:19一樣是把這個每小時多少公里

35:22要先末速度要是 0

35:25所以我們就會知道

35:27108的話呢

35:29這個

35:31換算出來是

35:33每秒鐘30公尺的速度

35:35那這個就是一開始的速度

35:37因為它現在

35:39一開始是這個

35:41每秒30公尺

35:43然後它要完全靜止

35:45完全靜止的話就是

35:47它的默速度要是0

35:49對不對

35:51所以要從30變成0

35:53那這中間的過程呢 它的平均速度是怎麼樣

35:58平均速度是兩個相加除以2對不對

36:02然後就是每秒鐘15公尺

36:05那這時候 我就可以計算

36:10它兩秒的話 因為平均速度是15

36:15所以兩秒的話 它就是滑了30公尺

36:19這樣做計算

36:21那這部分為什麼可以直接用平均速度算是因為我們直接讓這個車子假定它是等減速運動

36:33就是負的加速度吧

36:35那所以用這種方式做計算的話要簡化一下我們這個問題

36:45好 現在是30公尺

36:48那考慮到現實生活面呢

36:51它有包含這個空氣阻力嘛

36:54還有滾動阻力

36:56還有它的慣性的問題等等等

36:58假設你要全盤考量進去

37:00還有這個輪子跟地面的摩擦力等等等

37:04一堆

37:05那就要看你考慮到什麼樣的程度

37:08然後再做計算

37:10那機械呢

37:15剛剛講的力學好像就是跟固體有關

37:19其實呢 流體裡面也是機械工程裡面需要考慮的東西

37:27包含最重要的學科就是流體力學的地方

37:35因為流體學我們才可以處理這個

37:39液體跟氣體它流動 它轉移能量的這些問題

37:44那流體呢還會包含它可以扮演什麼角色

37:52像是冷卻或是動力的傳輸或是物質的傳輸等等

37:59那冷卻系統呢就會像什麼

38:02像這個汽車散熱器就是引擎的那個前面的這個蒸發器那裡

38:13然後或是冷氣

38:16冷氣 比較常接觸應該有聽過電腦方面的水冷系統等等

38:25我們就會利用流體它本身的高比熱容的特性

38:31尤其是水或是特定的油

38:34它可以高效率的去帶走機械在運作的時候的廢熱

38:40然後讓我們的系統比較穩定

38:42這是冷卻系統的功能

38:44那關於這個力量的傳遞呢

38:48就會有包含這個A1V1=A2V2 就是連續方程

38:51像是這個飛機的機翼或是汽車的外型

38:56如果你有看F1的話

38:59它後面的這個尾翼或是飛機的機翼這些

39:04我們必須要研究這個空氣動力學

39:08然後去控制

39:11包含我可以改變形狀

39:13去控制流體的壓力分佈

39:18可以是減少了能耗

39:22或是增加高速行駛穩定性

39:26它越流線 我可以越降低我的阻力

39:30可能我需要讓它運動的能量就可以省下來

39:36或是有另外一種目標

39:42目標像是這個F1的尾翼它可能就是需要

39:47我提供它

39:49這個車身的下壓力

39:51讓它緊貼地面

39:52增加

39:54車身的抓地力

39:56車身輪子的抓地力

39:58所以我反而

40:00反過來

40:01我靠增加阻力的方式去讓

40:04車子透過這個風阻

40:06壓在地面上

40:08然後再來還有這個能量的轉換

40:10包含像是水力發電

40:13水力發電廠它可以用水流通過這個渦輪機

40:21然後它就會把這個流體的動能轉換成電能

40:26這也是一種能量的轉換

40:36那我們的計算呢

40:38這個就會像我之前算過的

40:43A1乘以V1等於A2乘以V2

40:48我們就要知道它的截面積

40:50流速跟流量的關係

40:53然後就可以去設計這個流體機械相關的

40:59那剛剛的這個A1 V1等於A2 V2就是連續防塵

41:04當我把管路縮小截面積的時候

41:07我就可以增加流速

41:11可以把壓力轉換成動能

41:17那壓力跟能量也是息息相關的

41:21我可以像是幫浦

41:23增加流體的壓力去克服系統阻力

41:27它就可以運送液體

41:30或是說反過來

41:32我是風扇的話呢

41:34我是提供動能去驅動空氣的流動

41:38提供動能以後透過葉片

41:41拿去打這個氣體吧

41:45那就可以讓這個空氣做流動

41:49那這中間呢

41:52其實還要考量的點就是這個系統損失

41:56因為雖然你讓這個流體

41:59在這個管路中運動

42:01我們在計算的時候大部分好像都

42:04當作它是沒有摩擦力的狀況

42:06但是實際上是有的

42:08也包含說你的流路呢

42:10是通過了多少彎折處

42:13這些都會造成壓力的損失

42:15所以這些未來是要考量進去的

42:20那以這個一個簡單的例子來說明它的計算的話

42:30像是這個環形截面積它的流量要怎麼做計算

42:35那題目是這樣子的就是

42:38如果是一個風速每秒鐘是6公尺

42:42它能去通過一個直徑1公尺外直徑2公尺的這個環形的截面

42:49那它的體積流量要怎麼做計算呢

42:53那首先我們就要把它的截面積要算出來

42:57然後因為它是有點甜甜圈造型的

42:59所以就是兩個大圓的面積

43:03減掉小圓的面積就是這個甜甜圈造型的

43:07所以這個截面積A是π/4 ×（大D平方－小D平方）

43:16所以你可以算出大概是2.35

43:19那再來是體積流量公式的話

43:22你就可以用截面積乘上流速

43:26所以是剛剛的2.35乘上流速是每秒鐘16公尺

43:32因為它已經幫你換算成每秒幾公尺

43:36所以就不用再換算

43:38假設他給你每小時幾公里的話

43:42就要再去換算一下

43:44那把2.35乘上16

43:48乘出來的話就答案

43:50所以是37.68

43:52那我們接下來呢

44:00這些概念我們要怎麼樣變成它可以製造

44:05我們工程的角度去設計

44:09設計的時候不能只考慮它的外觀造型而已

44:15我們不是像藝術領域方面它追求外觀的這種形式

44:24我們必須要透過工程分析跟製造可行性去評估說

44:31這個東西能不能被我們做出來

44:34所以現在在數位化的設計方面

44:40現在機械設計相關就會高度仰賴電腦輔助來設計

44:48首先在繪圖跟設計階段就會使用CAD

44:57就是電腦輔助設計

45:01我們在CAD的這個階段裡面就會做這個2D的繪圖

45:09然後再把它變成3D的建模 讓它變成組合模型

45:14那這時候我們就要考慮清楚每一個零件的組裝關係

45:19跟干涉檢查，干涉就是這兩個零組件會不會碰撞在一起

45:25會不會卡住

45:27那如果你用這個電動的角度來看

45:31干涉這個事情發生了

45:33你就會看到像是

45:35你打電動的角色

45:37它穿模

45:39這個人掉到地圖裡面卡住

45:41或是掉到地圖下面

45:43跑到牆裡面

45:45或是直接穿牆

45:47這種就是一種干涉

45:49現實生活中

45:51沒辦法這樣子穿越過去

45:53所以當你在建模的過程中

45:55過程中我們就可以透過軟體偵測的方式去判斷

45:59它這個部分會不會撞擊

46:03那確保這個物理空間裡面它的合理配置是怎麼樣子

46:09然後再來你的設計繪圖階段是完成以後

46:13再來就會是這個模擬分析的階段

46:17就是CAE

46:18CAE呢它是背後其實透過這個有限元素分析

46:25那它就會模擬這個零組件它受力的情況

46:29我們講受力的情況呢 基本上它是 像是固力分析就是受力的情況

46:34那其實不只是這個受力情況的分析

46:40我們還可以做振動的分析 運動的分析

46:44還有這個包含熱 或是流體

46:49那像這邊CFD的這個模擬流場

46:54然後流體包含熱方面的

46:58包含氣體的液體的流體的分析

47:02管路分析散熱的

47:04然後還有聲學的

47:07跟這個磁場的

47:09這些現在都有相應的軟體可以幫你做分析

47:13然後因為我們需要這麼多特定功能的需求

47:17那我們總是要針對這些

47:19在模擬階段可以先預先知道一些

47:22設計的狀況

47:24所以這個在製造的階段

47:26之前呢

47:28就是希望透過這個手段

47:30預先發現一些

47:32潛在的設計

47:34缺陷

47:36那我就可以怎麼樣

47:38我可能就會倒回去

47:40去修改我的CAD

47:42就是倒回去把

47:44我的3D建模的結構

47:46切換

47:48或是怎麼樣等等

47:50那你要進入到CAE的過程呢

47:53有一個很重要的地方就是材料的選擇

47:57因為我們剛剛CAE的建模大概就是把那個造型功能全部把它撈出來

48:04但是決定它的強度或是物理特性等等

48:11材料也是非常重要的一環

48:13因為材料就會決定整體的強度、重量

48:18不同材料不同成本

48:20還有它的物理化性質

48:23耐腐蝕等等

48:25需要不需要合金

48:26又是用新的材料

48:28為了減輕重量、增加強度

48:30可能碳纖維

48:32或是工程塑膠

48:33塑鋼等等

48:35材料也是很重要的一環

48:37有時候不是

48:39結構的問題改善不了

48:41可能就要考慮

48:42是材料的問題要做更換

48:45那這些一樣就是會來來回回去討論

48:50這些都是在設計上非常重要的東西

48:53那再來是可製造性

48:58就是DFM

48:59就是說

49:00好 今天你已經決定你的模型是怎麼樣子了

49:05但是我要實現它的時候

49:08我能不能考量到製造端的限制

49:14也就是說你選擇了這個製造手法

49:16我可不可以用比較合理的成本去讓它生產出來

49:20不可能每一個零組件都用最高的規格去幫你加工

49:25準準準 然後最後再實現它

49:28那這樣子 每一個產品都非常的貴

49:32因為你光每個零組件就已經選最貴的方式去製造了

49:37所以它這個原則是這樣的 就是

49:39你的零件呢 盡量簡化

49:42當我減少零件的總數呢 我可以減少它組裝的錯誤

49:48跟組裝的風險 還有運送它的成本

49:53還有加工的最佳化

49:57像是我避免那種深孔 或是很薄壁

50:02深孔的話就是 可能你在鑽到某一個程度的時候

50:07可能工具斷了 那整個材料都廢掉了

50:10還有極薄壁就是

50:12你這個肉厚

50:14你這個

50:16壁厚很薄的情況下

50:18你在對它加工

50:20那可能它會裂開

50:22那我們就可以減少

50:24很多特定

50:26需求的

50:28貴森森的工具

50:30就是這些特殊刀具

50:32那再來是

50:34製造的路徑

50:36這部分就會

50:38因為你用這個電腦輔助製造的話

50:42你就是會考慮到你實際上拿到的這個刀具

50:47可不可以在這個材料中靠這些路徑移動

50:51去把形狀加工出來

50:55好 那我們還有另外一種策略

50:58是這個標準化的策略

50:59也就是說 我們有很多零組件呢

51:02其實是有標準品

51:04然後大家有對於這個

51:08相關的這種通用的零件呢

51:10有一些共識

51:12然後最後定一些標準

51:14那這些標準品就是可以被大量生產出來的

51:18那也就是說

51:19你找這些標準品的時候

51:21你的成本可以很低

51:23包含緊固件跟傳動件

51:26緊固件像是螺絲 螺帽這些就叫緊固件

51:29那是負責結構的這個鎖緊

51:32然後傳動件呢 就會包含運動方面的

51:37像是軸承 齒輪 鏈條 這種凸輪等等

51:43這些就是傳動件

51:44那你選用這些標準品的話

51:46我的這些零組件呢 就會成本就會大幅下降

51:51而且很好買 不一定要你自己做

51:53那再來就是會考慮這個尺寸公差

51:59我們不可能每一個加工出來的尺寸就是如你的預期

52:07它一定會有微幅的比較胖或是比較瘦

52:11那你允許的範圍是怎麼樣

52:14這個就是它的公差

52:15你總是要定一個範圍

52:17其實在這個範圍之下呢

52:19你這個兩兩零件它還是可以配合組裝的起來的

52:24我們就不用去追求超級精確的尺寸

52:32因為你要追求超級精確的尺寸 你的成本就會上去

52:37你的公差範圍 我們可能就會考慮說

52:42這個尺寸的最大跟最小

52:45假設剛好就碰在一起的時候 你有沒有辦法組裝在一起

52:49那這個就是一個公差的示意圖

52:54當你的設計階段已經完成以後

53:04再來就是這個實體的部分

53:08實體的部分就是要做出一個完整的製程規劃

53:14把它實現出來

53:16那這部分呢

53:18我們現在分比較簡單的大概就是有這四種

53:24其實這個更多的細節會在機械製造裡面提到

53:28最傳統最經典的就是減法加工

53:34就是我們俗稱的CNC

53:36那CNC其實就是一個數位的製造

53:41它是透過電腦輔助去操縱的工具機

53:45可以做到車削、銑削、鑽削等等

53:50那這個概念是這樣的

53:53它主要就是把一整塊材料去挖除

53:57切掉多餘的部分

53:59來追求我的

54:01尺寸

54:03造型

54:05或是它的表面粗糙度

54:07就是表面摸起來怎麼樣

54:09那這個是減法的加工

54:11那

54:13有減法就有加法嘛

54:15所以現在比較流行的就是

54:17這個加法製造

54:19就是像增材製造

54:21比較常聽到就是

54:233D列印

54:25就是從無到有 它透過逐層堆疊的方式成型

54:32那我們就可以適合比較客製化的小批量生產

54:37那還有一個部分就是有些特殊的造型

54:41它是沒法透過挖除材料去達成的

54:45像裡面中空 但是外面孔很小

54:48像這種我就很難從減法加工的方式

54:52透過那麼小的孔去挖掉裡面的東西

54:56然後我就會

54:57換一種方式 我就用加法製造的方式去加工它

55:01那等材加工呢 這種呢 就是像

55:05鑄造跟鍛造這種

55:07我們會把金屬融化

55:10然後倒到模具裡面

55:12或是透過外力去讓它塑形

55:15這種

55:17也可以蠻適合做大批量生產

55:21也是歷史悠久的這種製造手段

55:24最後是成型加工

55:27當我的這個材料

55:30這個尺寸

55:32某一個維度的尺寸它是比較薄的時候

55:35就可以透過彎折

55:37或是抽拉 塑膠成型

55:40等等 去快速成型它的

55:43這個形狀跟尺寸

55:48那成型完以後 我就會進到組裝嘛

55:51因為不是單一零件加工完就結束掉

55:55那你的組裝流程是怎麼樣的規劃

55:59這也是我們需要考量的範圍

56:01還要包含你要定位的零件不會被遮擋

56:07這個就是組裝干涉的問題

56:10還有你的這個緊固件有沒有相對應的工具

56:14跟組裝完以後做精密的量測

56:19像我們最常用的就是大概是用這個三次元

56:24三次元的話就會定義這個產品各個關鍵部位的座標系

56:31然後去判斷說我的尺寸有沒有達到我之前設計的預期

56:38還有像光學投影儀啊

56:40或是非破壞線檢測像是超聲波檢測

56:45我可以不破壞表面或是我的整體結構

56:49我們可以直接探測內部的狀況

56:52製造的怎麼樣

56:56然後最後當然也很重要的就是這個

56:59功能性測試

57:00我們做了老半天

57:02這個功能到底有沒有如我們之前設計的預期

57:06所以我們就要做動態運轉

57:08或是一些壓力的測試

57:11看看它極端情況下是不是

57:14能按照我們的設計繼續運作

57:17還有包含壽命的檢測

57:19什麼時候這東西會掛掉

57:21有沒有符合我們

57:23定義給他的

57:25這個壽命預期

57:27然後最後呢

57:29去核對我們當時提的

57:31這些需求

57:33需求參數到底有沒有達到

57:35才能負責我們

57:37一開始提的工程規格

57:42好那所以整體的

57:44流程大概這樣

57:46因為前面把它拆解下來

57:48如果中間簡化

57:50從你的需求定義出來以後到一路實現它

57:53大概就是這樣子

57:55包含設計就是CAD的部分

57:58第二步這個分析就是CAE的部分

58:02然後

58:03製造的話就是CAM

58:07Manufacture是CAM

58:08然後最後再做這個驗證跟輸出

58:13那分比較細的話大概就是這樣子

58:15你的這個需求是不是化成你的構想

58:19做2D、3D建模、設計加工、包含刀具路徑、加工模擬、輸出程式、丟給工具機加工

58:34那這個部分都是屬於數位製造的範疇

58:40我特別分成這八步的話就是數位製造這個範圍內

58:47這些部分其實可以都在電腦裡面輔助完成

58:54所以現在已經大幅簡化我們過去的這些繁瑣的步驟

59:00好 那講到 剛剛講到這個減材跟增材

59:08它的差異其實 差異性沒有很大

59:11我們的基點還是會從你的構想 然後2D草圖到3D建模

59:17實體模型

59:18那實體模型出來以後

59:20你選擇增材還是減材

59:22就有兩條路

59:23假設你是路徑A的話

59:25就是減材製造就是比較傳統的

59:28那你就要設計CAM

59:30也就是刀具路徑的模擬

59:33然後做加工模擬

59:34它會轉成一個後處理

59:37就是溝通你的刀路的設計

59:40跟你使用的機臺

59:42這中間的轉譯就是後處理在做的事

59:45然後會輸出一個NC Code

59:47那這個程式碼呢 就會可以被機器讀取

59:51那機器就知道你想要怎麼樣的動作 然後怎麼樣的加工

59:56那今天你如果是選擇是增材製造的話 就會走路徑B

1:00:01也就是我的模型會出來以後呢 我就可以透過軟體切片

1:00:07然後因為我們說它是逐層堆疊嘛

1:00:10所以它就會幫我切割成 一層一層的這個數據

1:00:15然後呢 再告訴我的3D列印機臺

1:00:19它要走的路線是什麼

1:00:21那它一樣會生成G-code

1:00:23然後呢 組成再把它成型出來

1:00:27所以是很類似的

1:00:29但是以增材製造這一塊呢

1:00:33因為3D列印的崛起

1:00:36所以很多步驟都被大幅簡化

1:00:40而且有配套

1:00:42那相對於以前的減材製造呢

1:00:45它的入門門檻比較低一點

1:00:48那其實它背後裡面的機制

1:00:51它只是濃縮在它的軟體裡面

1:00:54只是沒讓你看到

1:00:56好 那我們最後提到

1:01:00這個機械工程跟能源

1:01:02跟永續發展的這個關係

1:01:04我們必須在這個機械工程呢

1:01:08可以考量到我們有這個

1:01:11保護環境的責任

1:01:12追求它的是高效率

1:01:15而且可以讓我們的資源是永續的狀態

1:01:19那首先最大一個部分呢

1:01:25就是在能源的轉換

1:01:27我希望這個效率是越高越好

1:01:31也就是說我的能量在轉移的過程中呢

1:01:35不會額外的損失

1:01:37減少能量的損失呢

1:01:39像是我們可以把熱力系統做最佳化

1:01:44減少運動的摩擦

1:01:46然後還有包含如果你是熱能的交換的話

1:01:52我可以改成熱交換的設計

1:01:54甚至我可以回收廢熱

1:01:56然後還有再來是輕量化的設計

1:01:58我可以用複合材料

1:02:01新型的複合材料

1:02:02鋁合金等等去改善

1:02:05為什麼要變輕呢

1:02:07這有一部份就是運輸的角度去思考

1:02:11你今天這麼重的材料

1:02:13然後你要從A運到B

1:02:15或是說你加工完以後它還是超級重

1:02:17你是要花費更多的能量去轉移它

1:02:21所以輕量化設計也是一個趨勢

1:02:24然後也會減少我的運動慣性

1:02:27我的機件在高速運動突然想要停下來的時候

1:02:31我可以減少額外的能源消耗

1:02:36去做對他做煞車等等

1:02:39再來是這個生命週期

1:02:41我們就會考量到

1:02:43這個材料的取得

1:02:45跟運送他

1:02:47就是物流

1:02:48然後還有製造跟組裝

1:02:51他消耗多少能量

1:02:53跟他運作時候的效率有沒有最佳化

1:02:57以及最後如果他已經是

1:03:00超出他的壽命了

1:03:02他要被淘汰的時候

1:03:04報廢、回收再利用

1:03:05這些都是減低對環境的負擔

1:03:09那替代能源跟這個綠色機械

1:03:15就會像這個大致上像這種

1:03:18比較經典的像是風力發電

1:03:21或是電動車

1:03:23或是這個氫能技術

1:03:25這些都是正在發展的項目

1:03:28好 那我們總結一下

1:03:33那這個產品背後裡面的這個機械工程呢

1:03:37大概就是怎麼樣呢

1:03:40你的需求跟規格定出來

1:03:42然後再做到設計跟分析階段

1:03:45再挑選材料跟製程

1:03:48然後做製造跟檢測

1:03:50最後才交付出去這些

1:03:52這個每個都環環相扣的

1:03:55所以每一個步驟呢

1:03:58我們一再提到

1:04:00它不可能就是從頭走到尾就結束掉

1:04:02如果你下一個階段碰到狀況

1:04:06你有很有可能要倒回去處理前一個步驟

1:04:10甚至更前面的問題要先把它解決掉

1:04:16才能往後走

1:04:17好 那這個影片我給大家看一下

1:04:23就是一個比較經典的

1:04:25這個影片告訴我們說

1:04:29這個零組件它重新設計

1:04:31它主要設計用這個車架

1:04:34把這個腳踏車的車架改掉

1:04:39那整個從設計階段一路到實現它整個過程

1:04:46透過這個影片給大家看一下這是一個範例

1:04:49今天我們來玩轉衍生式AI設計

1:04:53哈囉大家好我是歐文

1:04:56今天我要跟大家分享一個在3D打印

1:04:58智能製造以及逆向工程中

1:05:00一個非常重要的應用場景

1:05:02衍生式設計

1:05:04Generative Design

1:05:05但什麼是衍生式設計

1:05:08它的優勢在哪裡

1:05:10又要如何做出衍生式設計的產品呢

1:05:12今天我將會使用

1:05:15先臨三維全新的3D掃描儀

1:05:17InstaVega

1:05:18通過3D掃描

1:05:19逆向工程的方式

1:05:22用衍生式設計

1:05:24來重構一輛摩托車上的零部件

1:05:27你將會瞭解到

1:05:28衍生式AI

1:05:29從生成到迭代的

1:05:31整個演變過程

1:05:33看完這期節目

1:05:36我相信你會對AI生成3D

1:05:38以及衍生式設計有個更深刻的理解

1:05:41OK 那我們就先來了解一下

1:05:42什麼是衍生式設計

1:05:44衍生式設計和市面上比較火的

1:05:47AI生成3D是有很大區別的

1:05:50像常見的Tripo AI或Meshy AI這種

1:05:52直接通過文字圖片生成3D的方式

1:05:55它們更像是藝術家的智能畫筆

1:05:57追求的是視覺上的創造力

1:06:00而衍生式AI更像是工程師的超級計算機

1:06:04追求的是物理上的最優解

1:06:06它是一種基於算法和人工智能的

1:06:08自動化設計方案

1:06:09設計師只要輸入設計的目標和約束的條件

1:06:14如載荷、材料、製造的工藝等

1:06:18計算機就會根據條件

1:06:21生成海量的解決方案

1:06:23並迭代優化每一種設計解

1:06:26整個的生成過程

1:06:29就如同樹木生長或生物進化的過程

1:06:32設計會逐步優化

1:06:35直至達成最小化重量

1:06:37或最大化剛度等目標

1:06:39生成的產品是有很強的實用性和可行性的

1:06:43另外衍生式設計與傳統的設計邏輯

1:06:48是有很大區別的

1:06:49它將設計從傳統的經驗驅動

1:06:51轉換為算法和數據驅動

1:06:54這裡我做了四個模型來幫助大家更好的理解

1:06:59假設這是個人類工程師

1:07:02設計的啟示

1:07:03為了讓它變得更輕巧

1:07:05我們可以把它做薄

1:07:06甚至是在材料中間掏幾個洞

1:07:09如果你是技術大牛

1:07:11也可以通過做晶格結構的方式

1:07:13來讓它減重

1:07:14至於手柄處的受力效果和強度

1:07:18到底如何

1:07:19得等設計完後

1:07:20模擬實踐了才知道

1:07:21前期的設計

1:07:24全靠設計師的經驗積累

1:07:26和與成功方案的類比

1:07:28但衍生式設計的邏輯

1:07:31則是完全反過來

1:07:33我們會先設定好手柄處的受力情況和強度需求

1:07:37計算機再根據要求去生成符合條件的結構

1:07:40讓其結構、材料和物理特性

1:07:44能夠得到最充分的發揮和利用

1:07:48做到極致輕量化的同時

1:07:54還能符合性能的需求

1:07:56數據顯示

1:07:57衍生式設計的產品

1:07:58能平均減重30%到70%

1:08:02材料的利用率高達90%以上

1:08:04而傳統的工藝材料的利用率通常小於50%

1:08:08它突破了人類對設計和結構的認知邊界

1:08:12大大提高了設計的效率

1:08:14降低了試錯的成本

1:08:15重點是這種具有仿生學特徵的有機結構還挺帥的

1:08:20所以掌握並利用好衍生式設計

1:08:22對於智能製造以及3D打印的更廣泛運用會有很大的幫助

1:08:27那接下來我們就來看看要如何做出衍生式設計的產品

1:08:31這裡我會先對摩托車前叉上固定件的重構

1:08:34進行講解

1:08:35由於是逆向工程

1:08:37我會先用3D掃描儀

1:08:39把現實中的物體

1:08:40轉化為電腦能讀取的

1:08:423D數字模型

1:08:44今天我們

1:08:46就是把掃描的文件處理好

1:08:50導入到Fusion360中的

1:08:52衍生式設計工作空間中

1:08:53進行操作

1:08:54但軟件本身是無法理解

1:08:57這個3D模型的

1:08:58我們需要通過定義

1:08:59保留幾何和障礙物幾何

1:09:01來幫助軟件理解這個空間

1:09:03通過確定結構約束和結構載荷

1:09:06來告訴軟件保留幾何之間的關係是什麼

1:09:10那我們來看看它們分別指的是什麼

1:09:12首先是保留幾何圖元

1:09:15它是指在產品的裝配和功能中

1:09:20起著關鍵作用且不能被改變的區域

1:09:23然後是障礙物幾何圖元

1:09:27它是指在模型生成的過程中

1:09:29需要避開或禁止佔用的區域

1:09:32大到不干涉其他的零件以及它們的活動範圍

1:09:36小到螺栓螺母

1:09:40以及給它們留出足夠的裝配空間

1:09:43我們還能利用障礙物幾何圖元

1:09:47去限制零件生成的大小

1:09:50以及誘導生成的方向等等

1:09:52接下來就是對這些保留幾何圖元進行結構約束

1:09:58比如告訴軟件

1:10:00在這個設計中

1:10:01中間的這個保留幾何是固定的

1:10:05然後是結構載荷

1:10:08就是確定一下保留幾何

1:10:10在不同情況下的受力方向和受力大小

1:10:13如駕駛

1:10:14前進

1:10:16剎車

1:10:18左轉

1:10:21和右轉等

1:10:23最後選擇使用的材料

1:10:26製造的工藝

1:10:27以及希望達成的目標

1:10:29就可以開始生成

1:10:31軟件會對不同的條件進行組合搭配

1:10:33生成符合不同條件的模型

1:10:36我們只需要選擇最新穎的模型

1:10:38可以微調一下

1:10:44打印出來即可

1:10:52說實話的確好看了非常多

1:10:59但同學們也能看到

1:11:00整個生成的流程

1:11:02要比我直接畫一個模型複雜了不少

1:11:04但衍生式設計的魅力就在於

1:11:07但我們的模型越複雜

1:11:09衍生式設計的效率反而越高

1:11:12現在我們就來對整個的摩托車架進行重構

1:11:15接下來你將會體會到衍生式設計的魅力所在

1:11:25首先第一步

1:11:26對整個的摩托車進行3D掃描

1:11:28來確定所有零部件的大小

1:11:30以及它們的相對位置

1:11:36處理好掃描的文件

1:11:42調整好XYZ軸後

1:11:45導入到Fusion360中

1:11:47以3D掃描的文件為參照

1:11:49提取出其中最關鍵的保留幾何圖元

1:11:54如前叉的轉軸

1:11:57油箱的固定環

1:11:58發動機的固定板

1:12:00後叉和座椅的連接處

1:12:03避開油箱、發動機、排氣管、車輪、鏈條等

1:12:08最後確定好結構約束、結構載荷

1:12:13使用的材料、製造的工藝

1:12:15就可以開始生成

1:12:16我們還可以把文件

1:12:43導入到iPad的Nomad上

1:12:45精修一下

1:12:46然後就可以3D打印出來

1:12:48為了方便大家觀看

1:13:51我還是把它裝在了

1:13:52黃色PLA打印的車架上

1:13:54完美的和其他的零件融為了一體

1:13:56簡直是帥炸了

1:13:59就是把它掃描

1:14:14好

1:14:18那我們下一次的話

1:14:21就會針對材料跟製程來做介紹

1:14:26包含金屬陶瓷高分子材料

1:14:29跟先進的製造技術它的細節

1:14:33以及跟實物的連結