，不免都會(huì)彎曲
。為了厘清彎曲的原因，不妨回想上一篇的模型
，也就是那個(gè)簡(jiǎn)陋的橫木
。
橫木一側(cè)受力后的彎曲情形
橫木受力后的彎曲度（d），計(jì)算公式如下：
d = Fbend* L3 / ( 3 * E * Ix )
我們看這個(gè)公式就會(huì)明白箇中原理。首先，彎曲系數(shù)（E）是給定的常數(shù)，每一種材質(zhì)都有各自的彎曲系數(shù)，表示承力和變形的關(guān)系，在產(chǎn)品規(guī)格表中都會(huì)列出來(lái)。此外，彎曲度似乎跟施力（F）呈線性比例關(guān)系，也跟橫木長(zhǎng)度（L）成正比，這些都在意料之中。
真正有趣的是，彎曲度跟截面矩（Ix）成反比，換言之，其他參數(shù)保持恒定之下，截面矩直接決定零件的堅(jiān)硬度。我們?cè)谏弦黄恼绿徇^(guò)，截面矩是橫木橫剖面的物質(zhì)分布情況。
當(dāng)然，這個(gè)公式并無(wú)法透露太多玄機(jī)，我們?cè)倩氐缴弦黄慕孛婢毓剑?/span>
原來(lái)如此！矩形橫木的堅(jiān)硬度不僅跟寬度（w）成正比，也跟厚度（h）成正比。這個(gè)公式僅適用于矩形橫剖面，但其他類(lèi)似形狀也有這樣的特性。
雖然數(shù)學(xué)計(jì)算有點(diǎn)枯燥，但試著回想上一篇介紹的實(shí)驗(yàn)，我們把零件的承載能力提升為三倍，以下是一些解決方式對(duì)截面矩的影響：
1.把寬度增加三倍。既然寬度（
w）以線性的方式左右整個(gè)方程式，寬度增加三倍，堅(jiān)硬度也會(huì)提升三倍
，這應(yīng)該沒(méi)什么好意外的。
2.第二個(gè)方式是把厚度（h）從1mm增為1.73mm，截面矩因此增加
1.733 / 13≈5.18倍，換言之
，只要調(diào)整一點(diǎn)點(diǎn)厚度，不僅變得更堅(jiān)固
，堅(jiān)硬度還提升了五倍
，很有趣吧？
3.第三個(gè)方式是打造工字梁，我之前說(shuō)過(guò)工字梁的截面矩難以計(jì)算
，但利用
CAD軟件或在線計(jì)算器即可得出Ix數(shù)值變化，馬上就能確認(rèn)截面矩從原本~0.417 mm? 變成~3.246 mm?，幾乎快增加了八倍
。這是驚人的成長(zhǎng)，比我們?cè)绢A(yù)計(jì)的承載能力好太多了
。
稍微調(diào)整零件的形狀，一來(lái)可降低其重量，二來(lái)提升承載能力
，就算是丙烯腈（
ABS）和聚醚醚酮（PEEK）等高階材料，也不一定能夠達(dá)到這個(gè)境界，事實(shí)上
，就連鋁材也沒(méi)有這種能耐
。
棘手的大問(wèn)題：耐沖擊強(qiáng)度
原則上，從抗彎曲強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度和抗壓縮強(qiáng)度，大致可以看出特定材質(zhì)的性能，但現(xiàn)實(shí)總是跟理想有差距，如果你具有冒險(xiǎn)精神，不妨拿著聚丙烯纖維制成的保鮮盒跑到家門(mén)口，把保鮮盒直接砸向水泥墻：它會(huì)彈回來(lái)?div id="d48novz" class="flower left">
，F(xiàn)在試試看有機(jī)玻璃材質(zhì)的保鮮盒
，它只會(huì)碎成一片片。這聽(tīng)起來(lái)沒(méi)什么道理：有機(jī)玻璃的抗彎曲強(qiáng)度明明是聚丙烯纖維的兩倍
！這顯然事有蹊蹺
。
原來(lái)是聚合物承受突如其來(lái)的局部沖擊時(shí)，難免無(wú)法實(shí)時(shí)分散那一股能量，這有點(diǎn)像水和淀粉的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)
，一不小心發(fā)生碰撞就毀了。為了計(jì)算塑膠能應(yīng)付多少撞擊
，工程師設(shè)計(jì)一種相對(duì)簡(jiǎn)略的方法
，稱(chēng)為「耐沖擊強(qiáng)度測(cè)試」，專(zhuān)門(mén)測(cè)量材料遭到擺錘撞擊時(shí)會(huì)喪失多少能量，不過(guò)這個(gè)數(shù)值跟抗彎曲強(qiáng)度并沒(méi)有一定的關(guān)系
，卻是比較各種物質(zhì)堅(jiān)硬度的權(quán)宜之計(jì)
。
有缺口的塑膠正在進(jìn)行沖擊測(cè)試
我們等一下會(huì)再探討各種物質(zhì)的測(cè)試結(jié)果，現(xiàn)在先來(lái)關(guān)注一個(gè)小細(xì)節(jié)：測(cè)試樣本的缺口。缺口的位置具有特殊意義
，必須是張力最大的地方，否則幾乎所有材料都能夠通過(guò)測(cè)試而沒(méi)有測(cè)試的必要了
。
內(nèi)圓角和轂板可分散局部壓力
內(nèi)圓角和轂板成本并不高，因此不管如何都會(huì)添加，否則光憑我們目前的算式
，根本無(wú)法評(píng)估必要性
，反之還要?jiǎng)佑闷D澀的有限元素分析工具，所以最好養(yǎng)成添加這些舒壓物件的習(xí)慣
。
內(nèi)圓角和轂板可加強(qiáng)外殼的耐沖擊強(qiáng)度
既然如此，材質(zhì)到底重不重要？
材質(zhì)當(dāng)然重要！不過(guò)想要提升承載能力
，與其改用高階原型材料，還不如實(shí)行這里所介紹的設(shè)計(jì)技巧
，但若有先天不良的問(wèn)題
，例如基座不符合你的需要，那你就必須更常游走在臨界邊緣
。
讓我們來(lái)看看幾種常見(jiàn)原型塑膠的屬性，以及它們?cè)谏钪械挠猛尽?/span>
這個(gè)表格并不是絕對(duì)正確的，畢竟相同的聚合物也分成不同的等級(jí) ，最終屬性也會(huì)隨著填充物
、塑化劑等結(jié)構(gòu)內(nèi)部物質(zhì)而改變，但這些數(shù)字至少讓你對(duì)于承載能力有個(gè)基本概念
。
有趣的是 ，這些資料也透露出
DIY專(zhuān)題材料的幾個(gè)侷限，例如熱熔擠制技術(shù)（FDM）常用的聚乳酸（PLA）本身就容易損壞 ，于是
3D打印材料制造商會(huì)添加塑化劑或共聚物來(lái)提升沖擊抗力 ，卻可能大幅降低抗彎曲強(qiáng)度和堅(jiān)硬度。
CNC業(yè)余玩家常用的材料也不一定比較好 ，高密度聚乙烯（
HDPE）所制成的零件很輕薄 ，優(yōu)點(diǎn)是彈性佳，缺點(diǎn)是不適合精密機(jī)械工程
。另一種常見(jiàn)材料是有機(jī)玻璃
，從各方面來(lái)看都是不凡的塑料
，沖擊抗力卻低到不行
，就連在加工過(guò)程中也存在應(yīng)力開(kāi)裂之虞
。
總體來(lái)說(shuō)，3D打印機(jī)和CNC業(yè)余玩家經(jīng)常挑選低廉而常見(jiàn)的材料，因?yàn)槠渌玫倪x擇要不是難以取得
，就是難以處理，這也是我大推
CAD樹(shù)脂鑄制的原因，這讓業(yè)余玩家能盡量趨近于現(xiàn)今工程塑膠的境界
。
既然這樣……該怎么比較鑄制樹(shù)脂？
答案很簡(jiǎn)單：看情況。下列表格介紹一些熱門(mén)的聚氨酯（
polyurethane） 鑄制樹(shù)脂，外加兩個(gè)有代表性的產(chǎn)品，以聚脂（
polyester）和環(huán)氧（epoxy）樹(shù)脂制成。
本質(zhì)上，鎖定
DIY玩家的鑄制樹(shù)脂，大多容易損壞或抗彎曲強(qiáng)度不足，但也不是沒(méi)有優(yōu)點(diǎn)
，畢竟這類(lèi)樹(shù)脂通常容易處理，況且從藝術(shù)創(chuàng)作方面來(lái)說(shuō)
，機(jī)械屬性并沒(méi)有那么重要
。
結(jié)論
設(shè)計(jì)零件不能單憑直覺(jué)，就連最簡(jiǎn)單的專(zhuān)題也需要大量的知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。這也難怪DIY日常用品難敵工廠商品，不但不容易做起來(lái)，也沒(méi)有想象中省錢(qián)。高階機(jī)械工程和材料科學(xué)可能?chē)樑懿簧偃?div id="m50uktp" class="box-center"> ，但就算沒(méi)有PRN計(jì)算器和計(jì)算尺，還是有不少單純和直覺(jué)的構(gòu)想能成功實(shí)現(xiàn) 。當(dāng)然
，跟制造業(yè)取經(jīng)，學(xué)會(huì)這些工業(yè)設(shè)計(jì)技巧
，而不是把制造業(yè)當(dāng)作夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè)
，對(duì)我們是有所助益的。
(責(zé)任編輯：admin)
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