3D打印在工藝設計及教學上有許多用途，但要在高校普及卻不容易。 雖然透過複制開源設計(RepRap)可降低不少成本，可是在課堂運用、學生自行組裝等技術問題，都是難於高校普及。講者為此設計了一台更平宜及容易組裝的3D打印機，並成功讓高校學生自行複制。 講者將會分享他讓學生複制及使用3D打印的經驗，還有為此而設計的一連串有趣的教學活動。

1. 如何利用3D Printer進行設計及科技教育
梁志宏 (Parker Leung)
來自香港的中學教師 (設計科)
Email / FB : noa_w@hotmail.com
http://tinyboy-project.blogspot.hk
從「小」投入 3D 打印

2. 這個 TALK 講及
一位老師設計了一台迷你 3D PRINTER
給學生使用

3. 至於為什麼要從新設計呢?

4. 近年 3D PRINTER 的普及
開始了第 3 次工業革命

5. 只要人人家中都有一台，
那就什麼都可以 DIY 的嗎?

7. 真的什麼都可以印嗎?

8. 你當 3DP 是超人還是多拉A夢?

9. 還是當 3DP 是練成陣?

10. 既然 3DP 這樣好
各位家中已經有一台了嗎?

11. 郭台銘表示：
3DP 不適合用於工業生產 (量產)

12. 郭
我們有機會看嗎?
(你們想看嗎?)

13. 近年 3DP 的普及
一切源於 REPRAP 這個開源專案

14. REPRAP 是什麼?
• RepRap = “Replicating Rapid-prototyper“
• 一個開源的3DP專案，將3DP普及化
• 2005年，Dr. Adrian Bowyer 開始了 RepRap

15. 3D立體打印
(印製塑膠成品)

16. 可自行複製自身的塑膠零件
(後備用途或製作新一台)

17. REPRAP 3DP 的運作原理
設計你自己的 3D 模形
將 3D 模形轉成 G code
將 G code 傳送到控制板
控制 X/Y/Z 移動工作台
及擠膠噴頭
續層擠出塑膠，直到打印完成

18. 如何將立體檔案生成 G CODE
1
• Reading in 3D objects 讀取3D模型檔案 (STL)
2
• Slicing the objects to make each build layer 將3D模型水平切割成多層平面
3
• Evaluating 2D geometry outlines 計算出每層平面的外框刀路
4
• Generating cross-hatch infill 計算出每層平面內的填充刀路
5
• Arc compensation 計算所有走弧線刀路的補償刀路
6
• Translate the tool path to G code 將刀路結果轉譯成 G code 控制碼

19. REPRAP 的機件結構

20. 打印原理
1. 將熱塑性塑膠加熱液化
2. 按計算好的刀路移動
3. 將塑膠擠出 (約 0.3mm)
4. 由最底層開始續層填滿

22. 雖然已經開源了，很多人都在討論
其實現在 3DP 的普及，還欠了什麼?

23. 了解 3DP 的優勢：
自家改良 / 自家設計
 自家生產 DIY

24. 雖然 TAILOR MADE 才最合身
但，很難自家製吧?

25. 不!!!
從小開始
就要教導學生如何設計
學會如何自家製作

26. 設計科課程
• 講者是一名香港的中學教師
• 除了原本的工藝科，學校開辦了CAD設計科
• 希望學生可以利用電腦進行設計活動
• 透過設計活動，發揮學生創意
香港四邑商工總會
陳南昌紀念中學

27. 開源 / 免費設計軟件
• 平面設計
• Inkscape
• 立體設計
• Sketchup
• Blender 3D
• Autodesk 123D

29. 課堂上教了 3D 軟件…
學生問：畫來做什麼?

30. 答：畫出來，秀出來比別人看
很帥吧…

31. 學生：有多帥???
答：…………………..

32. 學生：…. 不幹了
打電腦遊戲好玩些

33. 原本工作中的畫面

35. 所以一定要有實作
學生才有興趣，才有成功感

36. 過去如何做出立體模型
• 繪畫設計
• Autodesk 123D Make 切片
• 用鐳射切割，切出膠片併成立體
• 步驟煩多，而且外形有很大限制

37. 現在 3DP 的出現
將學生所想的，都印成實物
一切都容易了嗎?

38. 學生角色升級路線
Lv 1： 操作者 (只是按筆記完成習作)
Lv 2： 改良者 (修改設計，加入個人特色)
Lv 3： 原創者 (自行設計，才是最帥)

39. 學生成為 LV 3 設計者
學會自行生產  第 3 次工業革命

40. 學生：真的可以有實物印出來嗎?
3DP 真神奇… 如何印出來的?

41. 真神奇…

42. 騙小孩的第一步

43. BANDXX 工廠內的 3DP

44. 學生：那我可以印一台「鋼 X」出來嗎?
老師：你懂畫嗎?

45. 學生：我要學，快教我!!!
老師：可以 ^^
(之後你回家慢慢畫好了)

46. 學生： 那我畫完後，
下次上課時印，可以嗎?
老師： 你先畫好，
下次上課時再看看如何吧

47. 就這樣…
騙了學生回家畫「鋼 X」
目標達成：
學生經驗值 EXP + 100

48. 可是，
下次上課的時候…
3DP教學上的難題

49. 速度
1 課節  1 件小作品

50. 如果只有一部
3DP…

51. 學生： 老師，我畫完「鋼 X」了。
我要用 3DP 喔
老師： 等一下，其他人在使用
學生： 那要等多久?

52. 學生本來期待的反應

53. 學生知道被騙了畫「鋼 X」後的反應
Agent Smith: 老師，We miss you.

54. 如果一堂一件
一班 35 人，即要 35 堂才完成…
(註：一星期才有一堂)

55. 情景 (1)
數名學生為了爭用 3DP 而吵架

56. 情景 (2)
之後老師被學生們狠狠的痛擊
(誰叫你騙學生去畫「鋼 X」)

57. 太慢了…
可是 3DP 就只有這龜速

58. 長時間的等待
學習興趣大減

59. 結果，學年完結
等太久，學生都忘了自己的作品

60. 只要增加 3DP 數目就可以吧?

61. $
錢從可來?

62. 雖然是開源了，
現時最平還是要 NT$12000 左右吧?

63. 35人一班 = 35台?
對學校來說不是一個小數目

64. 還好，REPRAP 是開源的吧
那麼自己動手做一台吧
35台

65. 其實，現時 3DP 的生產 / 安裝
其實都不是很容易…

67. 另外，如果用 3DP 打印零件
其實非常費時… (1件 = 0.5 - 1小時)

68. 好了，終於有 35 台了
但… 課室不夠地方放置

69. 課室中只有一部 3DP … 還好

70. 課室中放滿了 3DP 的話

71. 暈倒
!!!

72. 所以利用開源的優勢…
設計一台方便教學的 3DP

73. TINYBOY
小個子，裝可愛

74. TINYBOY 小資料
• 機身尺寸：約 15 cm x 15cm x 22cm
• 打印尺寸：約 8.5cm x 8.5cm x 8.5cm
• 1.75mm filament / 0.4mm hotend
• 構造上同一般的 RepRap 相同
• 同樣會 Open Source 出來

77. 操作介面 - REPLICATOR G
常用的
RepRap操作介面，
學生容易使用

78. 印的質素不是最重要
而是一台可以普及給所有人的 3DP

79. 「更細小」
方便放置在課室中使用

80. 3DP 正義大集合
小子，你是誰啦?
我都是
3DP 啦

81. 放在 2 部電腦之間，剛剛好!

82. 「更平宜」
膠片零件 + 五金零件 +
開源電路 + 小型電機 =
平!!!

83. 成本大約只用
HK$1100 / NT$4000

84. 「生產快」
沒有 3DP 製件，只用鐳射切割膠片
生產零件時間 = 約 1 小時
(* 不計算買回來的五金件)

85. 方便大量生產
學生可使用學校的鐳切自行生產

86. 正義的生產基地

87. 電視台訪問學生如何自己組裝 3DP

88. 目標：
1 人 1 台 (達成)
當有第一個學生開始印製時
其他學生也會興奮起來
當大部份學生都能製出自己的作品時，
沒有的人會很想要吧?

89. 另外，由於成品尺寸有限，
確保可以在課堂內完成印製
學生可以即堂完成，
取回家中秀給家長看。

90. 結果，印了什麼出來呢?

91. 課堂的時間太尐吧
TINYBOY 不只是教學用吧?
如果學生可以
在家印製…

92. 學以致用
才是教學目的吧

93. 新任務：
將 3D PRINTER
從學校引入家中才是重點!!!

94. 放在家中，不費地方
看上去很「可愛」，
看上去「不危險」，家長不反對吧?

95. 放在書桌上，不佔空間啦~

96. 情景 (1) – 未有TINYBOY之前
子： 媽，我想要一台 3DP…
媽： 什麼來的? 多尐錢?
子： NT$12000
媽： 不成!!!!!

97. 情景 (2) – TINYBOY
子： 媽，我想要一台 3DP…
媽： 多尐錢?
子： 自己製作，大約NT$4000，
只是多買幾盒模型吧

98. 子：最多之後都不買「鋼 X」
(不買，但都用印的)

99. 就這樣
3DP 當成是小孩的玩具
以前，家長未必知道 3DP 是什麼

100. 可是，當小孩都可以用 3DP 自製玩具時
你說大人們有什麼想法呢?

101. 當人人家中都有一台 3DP 時
社會就是一個巨大的世界工廠
老郭的「郭」可能真的要倒寫了

102. 郭

103. 從小開始使用 3DP
分享設計，投入開源社群

104. 謝謝大家
Q & A