微观装配实验室构建模式2

微观装配实验室构建模式2.1 Fab Lab的构建模式Fab Lab是一个快速建立原型的平台,用户通过Fab Lab提供的硬件设施以及材料,开放源代码软件和由MIT的研究人员开发的程序等电子工具来实现他们想象中产品的设计和制造

组建一个Fab Lab大约需要2.5~5万美元的硬件设施和0.5~1万美元的维护/材料支出费用

而每个Fab Lab的开发过程、创新成果也并非是独立的,而是在整个Fab Lab网络中通过各种手段(如视频会议)进行共享

2.2 Fab Lab的技术运行环境Fab Lab所提供的技术环境涵盖开发的全流程:从设计、制造,到测试、调试、监控和分析,再到文档整理

尽管有一个基本的工具集作为基础,但根据特定需求充分利用特定环境下的资源和工具同样重要

因此,Fab Lab也为用户提供了制造自己所需工具的能力,用户可以在Fab Lab的技术环境里自行创造实验过程中所需的特定用途工具

目的开发设备包括以下几部分:计算机控制的激光切割器——将二维部件压接装配成为三维结构;标记切割器——生产印刷口罩,灵活电路及天线;精密(微米分辨率)铣床——生产三维模具和表面贴装电路板;更大的(4’*8’)的数控铣床——制造适合家居(和房屋)大小的部件;聚乙烯切割机;可编程控制工具——低成本高速嵌入式处理器(例如Atmel AVR Mega系列和 Tiny系列单片机)2.2.1 Fab Lab环境里的设计每一个Fab Lab会配置一台或多台个人计算机,这些计算机用来整合实验室中的其它工具

CAD/CAM软件、二维或三维的机械设计,电子电路的建模、仿真和数据分析,印刷电路版(Printed Circuit Board,PCB)的布线设计,针对其它工具的接口设计和编程,以及出于交流和信息检索目的的网络发布和文档整理,这些工作都离不开计算机

此外,为了向Fab Lab用户群提供封装好的工具,MIT媒体实验室的草根创新小组(GIG)提供了“罗汉塔”系统——旨在实现辅助设计和加快商业电子系统原型构建的可扩展、模块化的计算结构单元

“罗汉塔”由若干不同的基本功能模块构成,包括中央处理器和一系列加在它上面的功能电路版,涵盖传感、触发、数据存储、通信、多媒体展现等功能

用户不仅可以利用“罗汉塔”设计并开展自己的实验活动,而且也能构建自己的工具,例如低成本的示波器、简版的个人计算机以及机床的控制系统

拥有了构建工具的能力,使得用户不仅可以通过增加新的功能模块扩展系统,而且将能够真正的重建系统,甚至设计更加复杂的全新硬件系统

因此,“罗汉塔”系统本身就是一个集中体现Fab Lab研究和实践活动精神的例子:即“利用Fab Lab设备制造出的新的Fab Lab设备”(Things that make things)

2.2.2 Fab Lab环境里的制造个人制造是Fab Lab理念的主旨

强调将Fab Lab的创新重新应用于Fab Lab的开发环境中去

现有的Fab Lab在使用部分现成的商业制造工具的同时强调自行开发,不断通过个人创新来扩充Fab Lab的软硬件设备

如,Roland公司的高精度数控铣床、切割机和车床既可由标准的商业软件控制,但同时Fab Lab研究组也开发了自己的应用软件 CAD 和 CAM

定制的软件工具提供了更大的设计空间,不仅能够使用户制作绝大多数二维或三维的实物,还将高精度铣床改装成了用于自制印刷电路板(PCB)的工具,极大的缩短了简单单面或双面表面贴装PCB的设计周期,也明显缩短了一项创新从设计、制作到调试的总时间

另一个例子是研究人员正在进行通过数控铣床制作“自制精密数控铣床”的研究,这项研究的一旦成功将意味着今后从一台精密数控铣床开始,就可以大量复制自制的精密铣床,从而实现硬件设备的“自我复制”

Fab Lab研究组非常重视设计和制造能力,以及硬件设计的重要性,因为这是在许多环境下实现个人制造的重要一环,例如印度的软件开发已经取得了巨大的成功,但硬件开发却仍遭遇瓶颈

Fab Lab制造电子电路的能力可作为一种突破瓶颈的途径

电子制造过程很难脱离他人而独立进行,这是由于芯片和一些元器件由于较高的制作工艺无法独立制作,但PCB的制作和元器件焊接可在Fab Lab内完成,这也将极大的降低成本和节约开发调试时间

2.2.3 Fab Lab环境里的调试与测试为了调试和检验PCB的设计,Fab Lab配置了一些基本的电子设备,包括示波器、电压表、信号发生器及可编程微控制器开发工具

Fab Lab也为“罗汉塔”系统元件来代替这些特殊工具提供了可能

Fab Lab的设备使用的关键是灵活性

MIT物理与媒体组研究人员Esa Masood开发了一种廉价的射频分析器

在小批量生产的条件下,其成本也只有1250美元(大批量生产还可降低100美元的成本)

射频分析器可测量10Hz到300MHz的阻抗,通过测量介电常数而获知物质特性

这一技术正在探索中的应用包括牛奶脂肪含量的分析和邮政信件包含物的分析

另一位研究人员Kenneth Cheung在Fab Lab中设计并测试了抛物天线

在设计过程中,利用Fab Lab软件CAD/CAM对天线抛物面的数学描述和对机器的精确控制,最终能够设计出从几厘米直径到几米直径的木质支架抛物天线,且设计制作周期极短,充分发挥了个人制造“灵活快速”的特点

此外,物理与媒体组的其他相关研究也借用了Fab Lab的设备来进行创新

如Internet 0项目的研究在初期很大程度上依赖于Fab Lab快速制作印刷电路板的特点,使得研究的调试和测试工作变得快速而方便

2.3 Fab Lab的共享模式Fab Lab开发的全过程需要以技术文档记录以方便知识与创新的激荡、传播和分享

思考圈(Thinking Circle)的理念也使文档整理更加方便

在MIT的Fab Lab中心,有专门的Fab服务器用于提供核心的技术支持;开源的版本控制软件 Git 也被引进Fab Lab体系,用来控制庞大开发项目的文档、代码同步

Fab Lab的用户可以利用计算机、扫描仪、照相机将创新设计在思考圈子传播,并得到他人的建议和评价

Fab Lab之间往往通过频繁的视频会议互相联系、共享,通过核心能力的共享使得使用者和项目也成为共享的资源

致力于促进世界各地Fab Lab人员互动交流的配套的Fab Academy(制造学会)也正在快速的建设当中,可以进一步推动这个Fab Lab圈子的发展

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