【自造筆記】木工榫用於3D列印初探 – KAWAI TSUGITE

Posted By noviceworkshop on 12 月 8, 2020 in Maker Project, 教學文 | 0 comments

https://www.youtube.com/watch?v=U7liXrHZzbg&feature=emb_logo

榫接是木工領域一個很精奧的技術，有許多的木匠頻道會分享各種有趣的榫接製作和應用，都需要用到非常多手工藝技術。這不是我們這種喜歡快速學習嘗試新東西的人適合挑戰的專項，但因為實在是太酷了所以一直很想嘗試看看。這次看到這個很酷的「河合榫」，終於提供給我一個很好的靈感，找到一個讓我開始研究榫接的切入點了！

3D列印的問題

若有在玩3D列印的人都知道，3D列印最需要注意的是支撐材，還有列印強度的問題。過多的支撐材不只會浪費，而且難以拆除甚至完全拆不掉。而列印出來的成品也會因為列印方向不同，而有天差地遠的強度(這個之後有機會再整理一篇測試)。但這兩件事時常不好兼顧，或是同一個物件上有兩個地方要受力，又沒辦法透過同一個列印方向都兼顧到；這樣的狀況就需要拆件（將一個零件拆成兩個或多個零件），而拆開之後就需要再想辦法結合起來，這時候榫接就可以成為重要的技術。

榫接用在3D列印的優勢

1. 製作特殊圖案容易：相對木工，要透過3D軟體製作特殊的形狀，並列印出來是相對非常簡單的。如同這次測試的 Kawai Tsugite來說，即使是很有經驗的細木工老手，也需要幾個小時才能完成的榫接，而且要做很精密的測量跟規劃，在3D軟體內只要半小時就可以完成，剩下的就由機器來解決了。
2. 控制公差：數位製造的好處就是每次列印的誤差比較穩定，只要在繪圖時考量進列印的誤差，就能夠很容易地做出接近完美的配合。

榫接用在3D列印的難處

1. 3D列印材幾乎沒有緊配彈性：由於ABS跟PLA都算是沒什麼彈性的塑膠，因此在結合時不像木頭，可以透過用力敲擊或施力，讓木頭壓縮變形而達到緊配的效果；PLA的結合若大力敲擊，只會讓3D列印建破裂而已。但這個問題可以透過一些拔模角的設計，或是梯形榫接的設計來解決。
2. 列印時間長：雖然純論製作榫接部分的時間，可能兩者的時間接近，3D列印偶爾還能勝出。但若純粹要印出一個2″x2″x10cm的角材，至少要超過3個小時才能印完，而木頭的話就只需要角材切一刀就好。因此3D列印件更適合當做「轉接頭」的概念去設計。用木頭去做結構的主體，只用3D列印件做各零件之間的結合而已。

未來嘗試方向

綜合上述的幾點，我覺得用榫接技術在3D列印的模組化設計，是個很有潛力的想法。以這次的Kawai Tsugite來說，一個能夠結合不同方向的榫接，可以提供給設計非常多的彈性跟變化。

但是若要製作成可重複拆裝的模組化設計，就不能用這次第一次實驗的河合榫，因為在不膠合的狀況下，Kawai Tsugite很容易會不小心因為一些剪力和正向力的綜合受力下滑開。因此，可能要往一些3件式的榫接，或是一些有用木榫（圓棒）作為強化的結構的榫接設計來研究，甚至要加入一些螺絲螺帽的加強，我覺得也是可以參考的方向。

但我相信多做幾組不同的榫接結構，一定能找到非常適合3D列印使用的結合方式，兼顧結構強度、緊密度以及重複拆裝性。未來有測試到更成功的設計再跟大家分享吧！