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系統識別號 U0002-1708201700370000
中文論文名稱 客製化數位製造輕型加工模具之研究
英文論文名稱 Research on the Customization For The Light Mold Processing with Digital Fabrication
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 建築學系碩士班
系所名稱(英) Department of Architecture
學年度 105
學期 2
出版年 106
研究生中文姓名 吳俊翰
研究生英文姓名 Chun-Han Wu
學號 604360072
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2017-06-15
論文頁數 85頁
口試委員 指導教授-陳珍誠
委員-張恭領
委員-柯純融
中文關鍵字 灌注  成型  工藝  數位設計與製造  參數化設計  展示亭。 
英文關鍵字 Perfusion  Forming  Crafts  Digital Design and Fabrication  Parametric Design  Pavilion 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 本研究主要探討模具籍灌注方法在參數化設計與工業3.0生產技術的輔助之下,如何使設計 者以不同的數位製造機具來降低製造的成本與門檻。模具製造主要適合於大量生產,但較不利 於客製化商品及少量化的製造。傳統模具的生產、建造,前期放樣開模花費掉大量時間與人力 成本,假如需要局部修正更要花上雙倍時間,而到後期完工其成品與精準度也會不如預期。但 透過參數化設計,設計者能夠建構參數架構之下的邏輯關係,來讓電腦介入模具數值的控制, 將有效提升製造的精度、速度,更甚至能夠控制模具如同繪圖軟體中的3D模型來做及時變形, 以對應大量的客製化模矩、模具生產,另一方面也能藉由這些數值進而分析模具的尺寸、形變、 結構、物理條件與材料限制。
早期建築領域的電腦輔助設計軟體下所製作出來的二維圖像與三維虛擬建築一方面,參數 模型,皆不具有修改的功能。參數化設計最常應用於繁複的流線形上,雖然在此架構下產出的 設計形式雖然無法讓使用者一眼看穿設計者的生成邏輯。另外化設計有助於以最經濟的方式來 幫助建造上的成本計算,並且能夠透過設計過程中的參數調整以產生更具體的設計方案描述與 其背後的邏輯與意義。
本研究過程主要分為設計流程與生產流程兩個階段。階段一主要探討如何透過幾何形式與 數學關係研究,從點線面的角度切入來尋找三維電腦模型的幾何關係與數學邏輯,利用數位模 型軟體透過運算邏輯元件控制,取得可調整的參數規則與關聯過程,最後利用參數化數學思維 所回饋的模型進一步思考,找出一種主要的構成方式來作為模具的組構方法,並生產出對應電 腦中模擬的數位模型之形態。而階段二則是針對階段一之設計流程中所得到的生產原型與製作 過程來做檢討,以材料特性與模具的變化性來切入做生產上優化,來達到客製化生產的目標。
英文摘要 The objective of this research is to explore the possibility of parametric mold-making in the age of industrial revolution 3.0, allowing a cost saving in creating molds with the aid of parametric design. Traditionally, a mold acts as an agent to perform as tool for mass production in reducing the time and manpower during the process, a fabrication of mold can also guarantee the quality outcome to be precise. Parametric design helps enhance the ideology and understand the structure logic, allowing users to customize the design in more accurate condition from the 3D model, perform instant amendment simultaneously obtaining the diversified
dimension, shape, physical information and material specification.
Computer-aided architectural software in the early days performed as producing two dimensional and three dimensional drawing for objects, parametric modeling allows a new feature which is modification. Curvature-shape design is one of the most perform in parametric model wouldn’t be easy to create in early days’ software, moreover it is difficult for readers to understand the logic behind at a glance. In conclusion parametric design can be an economic tool for cost saving, time efficient,precision guarantee,and enhanced design structure logic method for design and production.
This research is composed from two parts. Part one mainly covered the exploration of form finding under mathematical relation, constructed with the basic point, line and surface element into three dimensional computation model, using parametrical logic to control and obtain the changing pattern, further research with the parametric design creating a type of structure pattern that act as a mold for design. Part two research further explore and optimize the outcome from
part one with integration of material under diverse characteristic to achieve customization production.
論文目次 目錄
1 緒論
1 - 1研究動機1
1 - 1 . 1過往實作與製造經驗1
1 - 1 . 2參數化設計與數位製造2
1 - 1 . 3傳統上費時與冗長的模具製造過程4
1 - 1 . 4快速成型技術( 3 D
P R I N T E R )與模具應用之探討5
1 - 1 . 5參數化模具的可能性探討6
1 - 2研究目的7
1 - 2 . 1數位製造加工對於傳統模具製造的幫助7
1 - 2 . 2漸變圖形的發展形式8
1 - 2 . 3發展二維圖案成為三維物件9
1 - 2 . 4金屬物件之輕型壓製模具9
1 - 2 . 5探討( 微)建築的新形態10
1 - 3相關研究領域11
1 - 3 . 1形態學11
1 - 3 . 2類型學11
1 - 3 . 3自動化13
1 - 3 . 4T e x t i l e & W e a v i n g(織理)15
1 - 4研究成果16
2相關知識與參考文獻回顧17
2 - 1材料與其適合加工方式17
2-1.1混凝土17
2 - 1 . 2高分子基複合材料( 玻璃纖維與碳纖維布)18
2 - 1 . 3紙漿19
2 - 1 . 4金屬21
2 - 1 . 5P U (聚氨基甲酸酯)發泡材22
2 - 2數位製造的工法23
2 - 2 . 1切片( S e c t i o n i n g )23
2-2.2嵌飾(Tessellating)24
2-2.3摺板(Folding)25
2-2.4輪廓(Contouring)26
2-2.5成型(Forming)27
2-2.6卡接(Skeleton)28
2 - 3相關創作者29
2-3.1M.C.Esher29
2-3.2Erwin Hauer30
2-3.3Heather Roberge31
2-3.4Evan Douglis32
2-3.5MATSYS33
2-3.6Miguel Fisac(1913-2006)34
2 - 4相關案例35
2-4.1P-WALL & P-BALL/MATSYS2006-2012 35
2-4.2Satin Sheet/UCLA,Heather Roberge2007 36
2-4.3Ecooler/Studio Kahn/2010 37
2-4.4Cast on Cast/Lluis Enrique-AA School UK/2011-2016 38
2 - 5相關論文39
3前導設計/小型模具設計與成型之實驗42
3 - 1M ol d0 1/CNC 與真空成型機製造之實驗42
3 - 2M ol d0 2 - 1/點成型44
3 - 3M ol d0 3/形變圓柱46
3 - 4M ol d0 4 線成型48
3 - 5M ol d0 5/重力線成形50
4可續接單元與中型成型模具之試驗52
4 - 1M ol d0 2 - 2 53
4 - 2M ol d0 4 - 2/ 55
4 - 3P a v i l i o n0 1 58
4 - 4P a v i l i o n0 2 62
5研究結論與後續研究建議67
5 - 1參數化時代的設計方法67
5 - 2設計操作與回顧69
5-2.1案例研究到設計發想69
5-2.2數位製造、構築與材料性70
6附錄73
6 - 1參考文獻73
6 - 2評圖版面76

圖目錄
圖1-1.1 研究者大學時期之作品01
圖1-1.2 數位輔助設計軟體02
圖1-2.1 研究者於碩一之二維漸變圖形轉化三維物件設計8
圖1-3.1傳統製造產業生產線13
圖1-3.2 自動化生產線14
圖2-1.1 混凝土漿17
圖2-1.2 玻璃纖維18
圖2-1.3 碳纖維與碳纖維布18
圖2-1.4 紙漿原料19
圖2-2.1MAFOOMBEY BY MARTIN LUKASCZYK 2005 23
圖2-2.2TESSELLATING 24
圖2-2.3FOLDING 25
圖2-2.4CONTOURING 26
圖2-2.5FORMING 27
圖2-2.6SKELETON 28
圖2-3.1M.C ESHER 的漸變圖集29
圖2-3.2ERWIN HAUER 模組化單元于空間中的光影30
圖2-3.3HEATHER ROBERGE 的牆面設計31
圖2-3.4EVAN DOUGLIS空間設計32
圖2-3.5MATSYS 33
圖2-3.6MIGUEL FISAC 中空預鑄樑34
圖2-3.7莫拉萊哈住宅34
圖2-4.1P-WALL 35
圖2-4.2P-BALL 35
圖2-4.3SATIN SHEET-1 36
圖2-4.4SATIN HEET-2 36
圖2-4.5ECOOLER 37
圖2-4.6CAST ON CAST 製作流程示意38
圖2-4.7CAST ON CAST 原型MODEL38
圖3-1.1MOLD01 製作流程1 43
圖3-1.2MOLD01 製作流程2 43
圖3-1.3MOLD01翻模成品 44
圖3-2.1MOLD02-1電腦3D 模擬 45
圖3-2.2MOLD02-1灌注過程45
圖3-2.3MOLD02-1翻模成品46
圖3-3.1MOLD03 電腦3D 模擬46
圖3-3.2 圖3-3.3MOLD03 三視圖48
圖3-4.1MOLD04 電腦3D 模擬48
圖3-4.2MOLD04 原型49
圖3-4.3MOLD04 翻模成品50
圖3-5.1MOLD05電腦參數化動態模擬51
圖3-5.2電腦3D 模擬51
圖3-5.3MOLD05灌注過程與成品52
圖4-1.1MOLD02-2 參數動態模擬53
圖4-1.2MOLD02-2 單元組合模擬54
圖4-1.3MOLD02-2 爆炸圖54
圖4-2.1MOLD04-2參數化動態模擬55
圖4-2.2單元組裝模擬圖55
圖4-2.3MOLD04-2模具爆炸圖56
圖4-2.4MOLD04-2灌注過程56
圖4-2.5MOLD04-2 模具形變狀況57
圖4-3.1PAVILION01模具組裝過程58
圖4-3.2PAVILION01 施做過程59
圖4-3.5PAVILION01拆模過程61
圖4-3.6PAVILION01 成品61
圖4-4.1PAVILION02塑膠模生產過程及雷射參數62
圖4-4.2 噴灌式與調合式發泡劑試驗及成品差異63
圖4-4.3 PAVILION02 試驗單元設計過程與製造63
圖4-4.4 PAVILION02單元試驗成品64
圖4-4.5 PAVILION02 單元拆解及設計步驟65
圖4-4.6 PAVILION02 尺寸圖65
圖4-4.7 製具細部65
圖4-4.8 單元灌注過程66
圖4-4.9 PAVILION02 成品66
參考文獻 【書籍雜誌】
《小建築》,
隈研吾 原著,鍾瑞芳 譯,五南出版,2014。

《工業設計-材料與加工手冊》,
吉姆萊斯科 著,中國水利水電出版社出版 ,2005。

《自造者時代》,
Chris Anderson 原著,連育德 譯,天下文化出版,2013。

《原型製作與少量製造-產品製造工法入門》,
Rob Thompson原著,陳建男 陳維隆 譯, 龍溪國際圖書 出版, 2012

《重構自然_數為構築方法下的建築新詩性》,
邱浩修 著 , 東海大學創意學院建築研究中心 出版,2013。

《Digital Fabrications-Architecture and Material Techniques》,
Lisa Iwamoto 著,Princeton Architecture Press,2009。

《Fabrication the designer’s guide》,
Peter Silver,William McLean,Simon Veglio著,Elsevier出版,2006。

《Material Strategies in Digital Fabrication》,
Christopher Beorkrem 著,Routledge 出版,2012。

《Transmaterial Next》,
Blaine Brownell著,Princeton Architectural Press出版,2017。




【參考論文】
《參數化設計與數位製造之模矩面材》
黃雅如 , 淡江大學, 建築學系碩士論文,2011

《參數化設計下陶製單元構築研究》
張軒誠, 淡江大學, 建築學系碩士論文,2014

《陶瓷鶯歌 地方生活空間的材料構思》
黃馨儀, 淡江大學, 建築學系碩士論文,2014

《參數化模具 以二維圖案轉化成三維形態之數位設計與製造》
林澔瑢, 淡江大學, 建築學系碩士論文,2014

《曲面構造之可適形態與參數化製造研究》
陳宏銘, 淡江大學,土木工程學系博士論文, 2015

《曲木數位製造》
黃凱祺, 淡江大學, 建築學系碩士論文, 2016

【圖片資料來源】
圖2-2.1 https://www.pinterest.com/pin/287737863662291623/
圖2-2.2 http://superbsurfaces.blogspot.tw/2015/11/the-legacy-of-late-ron-resch.html
圖2-2.3 http://hg-architecture.com/436/?ckattempt=1
圖2-2.4 https://www.fabhub.io/makers-fabrication/services
圖2-2.5 http://www.pcworld.com/article/2046172/emerging-objects-has-big-bold-plans-for-3d-printed-rooms.html
圖2-2.6 https://naeimdesigntechnologies.wordpress.com/2013/09/28/ribs-structure-laser-cutting/
圖2-3.2 http://www.archdaily.com.br/br/767458/casa-cobogo-marcio-kogan/50160f3b28ba0d159800095c-cobogo-house-marcio-kogan-photo
圖2-3.3 http://danielcarper.com/index.php?/projects/satin-sheets/
圖2-3.4 http://www.evandouglis.com/
圖2-3.5 http://matsysdesign.com/
圖2-3.6 http://www.arqfoto.com/centro-de-estudios-hidrograficos-miguel-fisac/

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