【文創設計】設計不設限!「紙」也能玩自動機

作者:文創造設計工作室/張宇文

延續上個月【文創設計】沒有雷切機也能做!萬年甲子筆筒之 DIY 演進的紙張創作,本次要分享的是用「紙」設計自動機(Automata)。Automata 是單詞 automaton 的複數型式,直譯為自動機,像是擺鐘、機械錶、音樂盒等透過機構帶動產生連動的設計都可廣義稱作automata,然而更多人認知的 automata 是指「自動人偶」,比較著重趣味與藝術的表現形式,近年來有許多專門設計生產這類型結構玩具的品牌,如 UGEARS(烏克蘭)、Wooden City(波蘭)、Roboitme(中國大陸-諾太)、model shop(英國-異想模界)等,通路包含書局、機場甚至是超商。

英國異想模界

UGEARS

然而這類產品的材質多半是木板材或是厚紙板(2 mm 以上),加工方式多半為雷射切割或開刀模,很少有用紙的材質,而本次就來介紹如何用紙設計簡單的自動機機構。

紙張知識補給:3 種常用單位

之前做設計因為沒有印表機,所以都是用超商的特殊紙,只知道上面顯示的是 160 P,後來研究才發現,紙張是一門大學問,就如同上課時常有學生問要用什麼樣的木板比較好?一樣厚度的合板與密集板與夾板有差嗎?

紙張也是一樣,有所謂的材質跟磅數,而且單位都不太一樣,有的用磅數,有的用克重,有的用條數,即使是同樣的磅數的紙,因為不同種類厚度與硬挺度也會差很多。先前借了一台家用的雷射碳粉印表機,開啟了文創造的亂印人生,以下說明紙的幾種常用單位:

1. 基重 Basic Weight/Grammage/gsm

國際標準算法,單位是 g/m2 或 gsm(grams/square meter),指一張 1 平方公尺大小紙張的重量(簡稱為 gram);紙張愈厚,每平方公尺的重量愈重;如 100 gsm 即每平方公尺的紙張重 100 公克。有些紙張的密度高比同重但密度低的紙來得薄,所以 g/m2 並無法代表紙張的厚薄。

2. 磅重(lb/P)

指的是為一令(500 張)全開紙的重量,為台灣慣用紙張單位,因全紙有四六版與菊版,所以同樣厚度的紙張,因全紙大小不同,磅數就會不同,除非註明紙張開本,否則容易引起混淆。

磅重在業界漸漸少用,現在多改用國際單位 g/m2 作為業界標準,另薄紙類(250 gsm 以下)講的磅數,一般指全紙的磅數。

3. 條數 

同樣基重的紙張因為蓬鬆度不同,厚度也會跟著不同。國外使用的紙厚單位是 point(s),1 point=0.001 英吋,而台灣通常以條數計算,1 mm=100 條。因紙質密度不同,同重量的紙,厚度不一定相同,有時厚的紙不一定重,而薄的紙也不一定輕。

以台灣常用的條數來說,1 mm = 1000 μm ≒ 100條;1 條=0.01 mm,而在製作結構上,經過各種嘗試,基本磅數要在 200 以上,而一般家用的雷射印表機大多支援到 250 磅,事務機大約到 300 磅。文創造在測試後習慣用基重 200 gsm、厚度約 24 條的白卡紙或 210 gsm、厚約 25 條的象牙卡。

作品結構

之前在設計甲子筆筒時發現,許多設計機構邏輯都是相通的,最大的差異在紙的厚度、強度、重量以及變形率,因此在設計模型時,會把原本的結構設計,想辦法用黏合的方式變成「封閉」的模組,再把模組組合起來。

同時利用折線的方式增加結構的強度,所以圓形的部分,會利用多邊型的方式來設計。

作品設計與製作流程

這次要設計的是一組可以拍翅膀的蝴蝶。

機構的部份,只要一個橫向的軸,搭配兩個同部的偏心輪就可以完成。原本覺得很簡單,實際製作才發現,蝴蝶的翅膀因為太輕,要用黏的,而且有變型的問題,所以無法像用一般的木板那樣,切一條棒子去頂翅膀。

底座的部分也差很多,假如是雷切,基本上只要切一個方型就可以了。

(圖片來源:文創造提供)

但紙質必須用框架的方式來補強,或是直接用一個盒體的方式來加強結構。

(圖片來源:文創造提供)

軸的部分也利用方柱的方式來製作,並在其中一邊製作旋鈕,會用旋鈕是因為小朋友在轉動時,比起 L 型的把手,旋鈕的受力強度會比較小,比較不容易壞掉,另一邊用一片圓形的紙片黏合。

(圖片來源:文創造提供)

(圖片來源:文創造提供)

偏心輪的部分,同樣是使用多變型的封閉結構設計。

(圖片來源:文創造提供)

連動的部分,原本是想要利用方柱的方式去推翅膀,但怕會有卡住的問題,最後使用長條的紙張,將紙張的一邊做成跟偏心輪圓周一樣的環,在套在偏心輪上面,另一邊則黏在翅膀下面,這樣就能帶動翅膀了。

(圖片來源:文創造提供)

(圖片來源:文創造提供)

整個設計壓縮在 2 張 A4 的紙,零件也盡量簡化,算是一個可以讓小朋友很容易上手的設計。

(圖片來源:文創造提供)

小結

本次透過不同材質的轉換,在舊有的經驗上嘗試新的領域,從過程中發現哪些經驗是可以延續的,哪些是需要重新學習的。利用這種方式讓自己快速學習,同時增加不同領域的整合能力,往後就能設計複合材質的作品,同時利用不同材質的特性,達到更好的效果。

(責任編輯:賴佩萱)

文創造 設計工作室

Author: 文創造 設計工作室

善長於利用結構設計,創造以環保、智能啟發、美學教育為目地的互動結構裝置,並在設計中帶入中華元素及文化意涵是其特色。 作品具備實用性、啟發性,並以教育、趣味、互動為手段的相關作品。

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