電資領域的學生經常會有實作專題的需求,這些專題又經常會需要機械結構的配合,例如無人自走車、機器人、四軸機等…這些機械零件有些可以在市場上面採購得到,但是絕大數的情況下是沒有市售零件可供採購的,在這種情況下使用 3D 列印機或是 CNC 來進行快速成型就成為一個非常好的選擇。本次要分享的是個人在「3D 建模及快速成型實務」課程中如何使用開源軟體來進行教學以及帶學生參加競賽的心得,在整個流程中最重要的並不是 3D 列印機或是 CNC,而是建立 3D 模型的工具。因此如何選用一個開源且功能強大的 3D 建模工具是非常重要的,在本報告中我們將介紹使用開源工具進行 5 年教學與經驗,並分享本人在 youtube 上所開設的教學頻道「Linux 好好玩實驗室」中所錄製的教學影片。
針對學生在專題機械結構方面的需求,我們開設了「3D 建模及快速成型實務」課程,這邊要特別說明的是課程內容著重在「3D 建模」以及「快速成型」兩個部份,其中「3D 建模」的部份主要使用 FreeCAD 這套開源軟體。而「快速成型」並不僅僅是「3D 列印」這項技術而已,還包括另一個相當成熟的技術,也就是「CNC 加工」,這兩個技術都可以拿來作為「快速成型」使用。
近年來由於 3D 列印技術專利過期的緣故,許多 3D 列印機紛紛出現在市場上,也因此造成一股創客的風潮。講到 3D 列印,很多人會覺得這是很複雜的東西,一定要有相當專業的能力才行,老實說,這種說法不算對,也不算不對。如果要畫很複雜的機械模型,那的確需要一段時間的訓練,但如果只是要畫一些簡單的小東西像指尖陀螺、手機架之類的模型,那只要幾天的時間就可以上手了。
除了 3D 列印之外,另一個快速成型的方式是使用 CNC (Computer Numerical Control:CNC 加工維基網頁 - https://zh.wikipedia.org/wiki/數值控制工具機) 加工,CNC 加工的哲學與 3D 列印不同,3D 列印是從無到有作出一個 3D 模型出來,而 CNC 加工則是把一整塊材料一點一點的切削掉,一直到變成我們想要的形狀為止。由於 CNC 進行切削的工具是鑽頭,加工過程具有相當的危險性,再加上切削時會產生許多粉塵或是金屬碎屑,因此對於一般人來說,CNC 加工是非常專業的領域,只有機械方面的人才有足夠的專業知識來駕馭 CNC 這項工具,一般普羅大眾是沒有能力使用 CNC 來進行加工的。
不管是使用 CNC 或是 3D 列印機來進行快速成型,其重點都在於前期的 3D 建模作業,為了避免學校財務方面的負擔,並讓學生可以自由的在家裡使用無需付費,本課程在一開始即規劃以「自由軟體」為主的教學方式。而經過這麼多年的實際驗證,包括讓學生進行大學部專題、研究所論文乃至於帶領學生參加經濟部「3D
列印主題創作競賽」獲得優等、佳作、最佳人氣獎 … 等獎項。足以證明我們所開發的教學流程及所使用的環境是適用在學校及個人使用等方面,甚至是一般小型工廠使用也足以應付所需。
About 李博明
李博明老師目前任教於南臺科技大學電子工程系,具有 20 以上 Linux 使用年資,並具有紅帽認證工程師/講師/監考官資格,是一位非常有經驗的 Linux 使用者。
有鑑於這幾年 3D 列印的風潮非常熱門,因此李老師自行學習 FreeCAD 並導入自由軟體使用流程,開設「3D 建模及快速成型實務」,帶領學生進入 3D 列印的世界。 這幾年李老師在校外總共獲得以下教學獎項:
2018 Super 教師台南/全國首獎
https://channelplus.ner.gov.tw/channel-news-episode/48385
2019 IEET 教學傑出獎 https://today.line.me/tw/article/2019 IEET教學傑出獎出爐 南臺科大與清大並列最大贏家-8GmR8z
由於李老師在教學上面的成效相當優良,2019 年亦獲得 Cheers 雜誌報導:
南臺科大瘋狂 Maker 教師李博明:教年輕人就要比他們更像年輕人 https://web.cheers.com.tw/issue/2019/teacher/article03.php
從 2019 年起,李老師在 YouTube 架設教學頻道「Linux 好好玩實驗室」,將個人教學全部上網,獲得相當大的迴響,除了有業界工程師寄信來討論課程內容外,遠至北美也有人寄信來請益。2020 年獲得蘋果日報報導:
副教授被念「太硬」 教學片傳 YouTube 意外超前部署 https://tw.news.appledaily.com/local/20200501/GKWLKEM4W3PGOLYRL7ANGJS4X4/