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    立體打印變奏

    kaWing
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    從事科技教育報導逾十年,見證香港電子學習及STEM的興起和轉變。

    新手用 MeWe 注意事項

    MeWe 與 Facebook 均是社交媒體,但不一樣的公司經營會有不同的風格,例如 MeWe 因應不收廣告,所以有會員付費等機制。此外,預設聊天群組等會主動開啟通知等,若沒有正確設定隨時 Join Group 後響爆機,以下是建議新手需自行加以設定的項目。

    科學館展機械人的五百年 感受機械人設計及演變

    隨著全球數碼資訊化,大家於生活中接觸機械人漸多,而且因應 STEM 是學生經常接觸的主題,值得花點時間了解。只是過往要理解機械人,大多是紙上談兵,即日起科學館在特備展覽廳展出「機械人的五百年」,讓人從歷史、科學和藝術的綜合角度接觸過百件從遠方而來的展品,而且部份更會「活」起來,讓參觀者能近距離與機械人相處。

    學與教博覽 12 月舉行 關注情緒學習及香港 AI 教育

    一年一度的學與教博覽將於 2020 年 12 月 9 至 11 日在香港會議展覽中心舉行。今年傳媒預覽聚焦人工智能時代的教學策略及情緒教育。

    科技領域動人之處是不斷推陳出新,於立體打印技術方面變化亦不小,而且在疫情期間可謂大放異彩,例如很多有心人利用現有設備,自製 Mask 和醫療工具等。最近,有報道指立體打印在技術及物料方面再有更大進步,以下將介紹近期數個不同類別的發展,全都令小記留下深刻印象。

    早前曾訪問香港兆基創意書院,看到對事物由基本學習,然後建立現有目標,既能讓學生吸收基礎知識,也能啟發學生的思考,如此優秀的學習方法在香港是第一次遇見。湊巧近月看到多則立體打印的新聞,也有類似的概念及成果。

    資深教師鄭加略講解製作立體物件的其他方法,這集內容主要介紹真空吸塑。
    資深教師鄭加略講解製作立體物件的其他方法,這集內容主要介紹真空吸塑。
    從 STEM 和 DT 的角度看,製作立體物件還有多種方法,影片裡一開始就提及四種。
    從 STEM 和 DT 的角度看,製作立體物件還有多種方法,影片裡一開始就提及四種。
    影片中提到用CNC雕刻機切割低密度的代木做模具,亦可以用石膏。
    影片中提到用CNC雕刻機切割低密度的代木做模具,亦可以用石膏。

    以香港學界為例,一般立體打印常見是使用 3D 打印機,這幾乎變成各學校的標準。但疫情期間,本刊曾訪問的資深教師鄭加略有拍攝短片講解,其實在香港四十年多前已有教授真空吸塑技術,此方法可快速製作立體塑料物件。影片中,教師以製作同一塑膠船底為例,指出現行的 3D 打印技術需要數小時,但用真空吸塑的倒模方式,大概 15 分鐘就可完成(未計算製作模具時間)。至於模具的製作,會加入近年漸普及的 CNC 雕刻機;如此一來,既能快速製作模具,同時也示範了另一類的立體打印技術。

    千倍加速列印

    以上的做法是涉及實用層面教學和推廣,轉回現階段的技術方向發展來說,香港中文大學工程學院機械與自動化工程學系陳世祈教授及其團隊,與美國「勞倫斯利佛摩國家實驗室」( Lawrence Livermore National Laboratory )合作研發出「飛秒鐳射投影雙光子聚合光刻」( Femtosecond Projection Two-photon Lithography , FPTPL ) 3D 打印技術,此技術要點是改寫現時傳統逐點打印成立體的方式,直接從平面開始寫入,因此提速單位由數千倍開始,加上精密度亦有所改良,能改善噴嘴口的壽命,也因而可降低成本。

    改變物料結構

    立體打印器材上有改良外,美國加洲大學( University of California )亦有 David Wirth、Jonathan Pokorski 等人組成發展團隊,將打印出的物件快速變大,這技術源於改良物料的應用;他們將打印後的物件予以適當加熱,原物料因而會膨漲,研究人員做了三項設計,打印網狀的球體受熱膨漲後,最大可擴展 40 倍。實驗中,另一個試驗是原列印出的是手掌般大的小船,可盛戴 10g 的物件,放大後能盛戴 250g 的物件。此研究將打破原有打印的限制,但要注意的是由於涉及加熱,當中也會有物料結構變化及延伸力,也會增加工程計算的難度。

    加熱前 4.3cm。
    加熱前 4.3cm。
    加熱後放大至 11.7cm。
    加熱後放大至 11.7cm。
    加熱過程裡會不斷變形。
    加熱過程裡會不斷變形。

    4D 新軸變形

    3D 立體打印大家耳熟能詳,那麼有聽過 4D 嗎? XYZ 軸再加上其他發展將立體概念改變,科學家們稱之為 4D 。有科學家會將 3D 的成品進行拆解成為 4D;也有科學家加入時間元素,即成品隨時間會變化成 4D 。因此 4D 的概念和變化空間很大,美國萊斯大學( Rice Univiesity ) Rafael Verduzco 等人所組成的研究團隊,以軟機械人和生物醫學研究為目標,利用溫度、電流或壓力等指定因素,令到立體物件變形及還原,目前已初步取得成果。

    眼看科技變化快速,但傳統教育和學習方式重視單一學科發展,若是有經常接觸科技和科學新事物,不難發現突破點是需將各項知識匯合而成。其實 STEM 的教學方式,能培養相關的發展能力,今次以立體技術變化為題,從多角度看新文化、技術等,期望能為大家進一步拓闊視野。

    一連串變化,經由紅光照射後壓縮,由立體漸變成平面,接著再變回立體。
    一連串變化,經由紅光照射後壓縮,由立體漸變成平面,接著再變回立體。

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