Lei Feng Fab Academy 2025

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第17周：通配符周 (Wildcard Week) ​

课程概要 ​

通配符周是Fab Academy课程中一个独特的环节，允许学生探索之前课程中未涉及的数字制造技术。本周的特点是学生可以自行选择想要学习的数字制造工艺，不同于往期课程中所有学生学习相同技能的模式。选择的工艺需满足以下条件：必须涉及数字设计与制造过程，需详细记录以便他人复制，且必须是课程中其他作业未涵盖的技能。这一周的灵活性使学生能够利用所在实验室的特殊设备或引入新的制造能力。

本课程分为两个部分：前半部分介绍各种可选的数字制造技术，后半部分深入讲解复合材料技术(以前是单独的一个课程周)。在选择项目时，学生需要权衡时间与注意力的分配，因为最终项目的截止日期临近。

查看Wildcard Week资源库了解更多信息。

详细的课程内容介绍 ​

第一部分：通配符周可选技术概述 ​

1. 多轴加工 (Multi-axis Machining) ​

  • 三轴加工：虽然之前课程中已经介绍过二维半加工(XY平面移动加上Z轴步进)，但完整的三轴联动加工(同时控制XYZ三个轴)是一项可选的新技能
  • 四轴/五轴加工：如有条件，可以学习更高级的多轴加工，其中工作台可以旋转(四轴)，或工作台旋转与刀头摆动结合(五轴)
  • 具体示例: 5轴加工中心

2. 特殊切割技术 ​

3. 焊接 (Welding) ​

  • 单纯的焊接不满足数字制造的要求，但可以结合其他数字工具
  • 可以用计算机设计零件，使用数控工具切割，再通过MIG、TIG或点焊技术连接零件
  • 技术参考: 焊接技术基础

4. 特殊模具和铸造技术 ​

5. 折叠技术 (Folding) ​

6. 机器人技术 (Robotics) ​

7. 电子制造 ​

8. 嵌入式编程的特殊应用 ​

  • 嵌入式AI：使用TensorFlow Lite、TinyML、ESP-DL或Edge Impulse等平台在微控制器上实现机器学习 - 嵌入式AI资源
  • 机器视觉：使用OpenCV或AI相机识别人脸、追踪移动物体等 - 输入设备中的图像处理

9. 食品制造 ​

10. 材料科学 ​

11. 生物技术 ​

12. 纺织技术 ​

复合材料组成 ​

  1. 纤维材料选择：
    • 短切纤维：易于使用但性能较差，因为不能有效传递力
    • 长丝：可以缠绕使用
    • 带状材料：可以铺设
    • 织物：最常用于Fab Lab，可以是玻璃纤维、碳纤维或天然纤维(棉、丝、竹、木、亚麻、黄麻)
  2. 基质材料选择：
  3. 层压材料：
    • 木材层压：例如定制滑板，使用多层木材在模具中压制并粘合
    • 参考示例: 定制滑板项目定制滑板，使用多层木材在模具中压制并粘合
    • 相关资源: 纸板复合技术

复合材料设计原则 ​

  • 弯曲刚度原理：外层纤维承受拉伸力，内层对结构贡献较小
  • 芯材使用：在中间部分使用蜂窝结构或纸板等材料作为芯，减轻重量
  • 夹层结构：底层复合材料、芯材和顶层复合材料的组合
  • 数字设计方法：利用计算机设计复合结构的形状和性能 - 数字复合材料研究

复合材料制作过程 ​

  1. 模具制作：
  2. 铺层工艺：
    • 湿法铺层：逐层铺设织物并涂抹树脂 - 湿法铺层示例
    • 预浸料：已预先浸渍树脂的织物
    • RTM(树脂传递成型)：在压力下注入树脂
    • 材料比例控制：测试不同压缩条件下的纤维与树脂比例 - 复合材料优惠券测试
  3. 压缩方法：
    • 真空袋压缩：使用真空袋、透气层和排气层，靠大气压力压缩 - 真空袋技术详细指南
    • 压模成型：使用两侧模具机械夹紧，挤出多余树脂
    • 水袋压力：简易方法，用装满水的垃圾袋提供重量 - 真空收纳袋示例
  4. 后处理：
    • 表面处理：最终复合材料通常需要清漆等后处理获得光滑亮丽的表面

安全注意事项 ​

  • 纤维危害：碳纤维和玻璃纤维如果被切割、钻孔或打磨会产生短纤维，吸入后可能导致肺部疾病
  • 保护措施：使用碳纤维时需要全面防护装备(呼吸保护、眼睛保护、皮肤保护)
  • 树脂安全：普通环氧树脂挥发性较高，需要良好通风；推荐使用低挥发性的生物基树脂(如Entropy Resins)
  • 热反应：大型复合材料固化时可能产生大量热量，需要准备冷却措施

建议与最佳实践 ​

  • 对于初学者：避开玻璃纤维和碳纤维，使用天然纤维和低挥发性树脂
  • 材料比例：初学者可能使用50:50的纤维与树脂比例，高级复合材料可达90%纤维和10%树脂
  • 测试优先：在制作大型部件前，先制作小样本("优惠券")测试工艺 - 复合材料优惠券集合
  • 结合其他技能：复合材料技术与"制作大型物品"和"模具与铸造"周的技能相结合，能大幅扩展实验室的制造能力

建议与最佳实践 ​

  • 对于初学者：避开玻璃纤维和碳纤维，使用天然纤维和低挥发性树脂
  • 材料比例：初学者可能使用50:50的纤维与树脂比例，高级复合材料可达90%纤维和10%树脂
  • 测试优先：在制作大型部件前，先制作小样本("优惠券")测试工艺
  • 结合其他技能：复合材料技术与"制作大型物品"和"模具与铸造"周的技能相结合，能大幅扩展实验室的制造能力

作业要求 ​

本周的作业要求学生自己定义并完成：

  1. 设计并制造：使用数字制造过程(包含计算机辅助设计和制造)创建一个物品 - 参考示例项目
  2. 独特性要求：所选技术必须是其他作业中未涵盖的
  3. 文档化：
    • 明确说明你的作业满足哪些要求
    • 详细记录所有必要的步骤，使他人能够复制你的项目
    • 解释你选择的技术和工艺
  4. 数字化过程：项目必须涉及计算机设计和制造，不仅仅是手工技能
  5. 时间管理：平衡这个新项目与最终项目的工作，合理安排时间

官方Fab Academy资源 ​