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創意DIY點亮節慶裝飾與智慧家居
用3D列印機打造實用性工具

【作者: 德州儀器提供】   2017年11月01日 星期三

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德州儀器(TI)的工程師Johann Zipperer是一位電子產品狂熱者。從他家中那裝滿照明裝置的花園,以及花費多年、自身打造的內建遠端可調式LED燈柵欄,便可看出他對創造與發明的熱忱和努力。



圖1 : 德州儀器工程師Johann Zipperer
圖1 : 德州儀器工程師Johann Zipperer

如果你有幸能踏入他的工作室,你還會看到一台自製3D列印機。這台3D列印機主要被Johann用來製作訂製工具,以DIY打造他的智慧家居。除此之外,最引人注目的還有那台像藝術品一般、掛在牆上的觸控式螢幕中央控制單元。


圖2 :  Johann Zipperer自製的3D列印機
圖2 : Johann Zipperer自製的3D列印機

別具一格的花園柵欄

在TI工作的25年間,Johann在位於德國佛萊辛(Freising, Germany)的辦公室裡度過了大部分時光。他一直希望開發一套適應性強的照明系統—既為他的花園提供照明,也不會影響到周圍的鄰居,而這項工程花費了好幾年才完成。


在專案的第一階段,Johann設計並建造了一條長約40公尺的不鏽鋼柵欄。隨後,他又添加了17個裝有LED燈的柵欄柱,柱間間隔2.5米,透過柵欄內置的電纜來連接電源。


圖3 :  不鏽鋼柵欄
圖3 : 不鏽鋼柵欄

由於每個柵欄柱上的光致動器都由一個MSP430微控制器控制,這些LED燈都能夠獨立控制,利用混合紅、綠和藍光訊號來調整光的亮度和色調。例如,在地面有積雪的情況下,光致動器可以調暗燈光以減少積雪帶來的刺眼反光;而在節日期間,光致動器還能改變燈光顏色或者增強亮度來烘托節日氣氛。


Johann最初設計的系統由PC控制,但最近他開發的框架式觸控式螢幕中央控制單元已經取代了原有的PC。


透過在專案中的努力,Johann不僅開發了幾項新技術,同時,他的幾個新專利也正在申請中。這些專利包括在點燈的230V電源線中實現資料傳輸,以及用於燈具即時調控的系統匯流排和MSP430TM微控制器。


家用3D列印

Johann的另一個DIY成果是家用自製3D列印機,他利用這台列印機進行塑膠零件的模型製作和修改。和柵欄照明系統一樣,3D列印機也採用了MSP430微控制器,以及用於機械和光學讀取頭的距離感測器和開關。


Johann表示,使用3D列印機過程中的一項重要挑戰便是選擇能夠以正確的方式流動與固化材料。經過一系列實驗,他選中了綠色環保的生物塑膠,例如聚乳酸(polylactide acid)。


Johann還使用3D列印機製作出一些實用性工具。對這種非標準自製工具的需求,是他在改造自己房子時意識到的,特別是在安裝用於供暖和供應熱水的太陽熱能交換器時。針對不同類型的任務,往往需要使用不同尺寸的扳手(42mm、60mm和65mm),例如鎖緊暖氣出口或切割螺紋時,所需要的扳手尺寸都是不同的。


「打造一把屬於自己的扳手並不是像火箭科學那樣複雜,」Johann開玩笑地說道,「雖然NASA也正在研究將3D列印這種製造方法應用於航太領域。」


此外,Johann也曾使用3D列印機為房屋周圍安裝的風扇製作網格蓋。家中的智慧房間安裝了濕度和溫度感測器,可以與MSP430微控制器相互配合,在需要時啟動風扇。然而,啟動後的風扇雖然為室內降溫,卻同時產生了外觀和實用性的衝突問題—它們看起來一點也不美觀,更糟的是,窗簾還常常會被捲進風扇裡。


圖5 :  Johann使用3D列印機製作工具
圖5 : Johann使用3D列印機製作工具
圖6 :  風扇網格蓋
圖6 : 風扇網格蓋

解決方案就是這個看似簡單的網格蓋,它既防止了窗簾不被捲入風扇中,同時也讓風扇更美觀。


以創意思維解決客戶難題

Johann的DIY小發明使他能夠跳脫出日常工作的思維局限,以更廣闊的視野看待工程設計,他表示這也反過來?明他在解決客戶面臨的挑戰時以更深刻的見解投入工作。例如:Johann在日常工作中其實不需用到流體力學方面的知識,但是經由DIY專案,他獲取了流體力學知識,而且能進一步幫助他在開發水量計的工作時獲得支援和靈感。


Johann不但為他的DIY巧思和解決常見問題的動手能力感到自豪,同時也樂於分享,建立共用文檔和材料清單,讓其他人也可以從他的經驗中學習和借鑒,延續其對發明的熱情。


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