Learning Objectives
- 說出從量尺寸、建模、匯出、切片到製作的流程，以及每一步用的檔案格式
- 調整層高、填充、外牆與支撐，說明它們如何影響時間、強度與外觀
- 依用途選擇 3D 列印的材料，說出不可以雷射切割的材料與原因
- 遵守 3D 列印與雷射切割的安全守則
幫電路做一個家
電路焊好了（上一課），接下來要讓它變成一件「作品」：有外殼保護、按鈕在對的位置、別人拿得起來用。 自造者最常用的兩種數位製造機器是：
| 3D 列印（熔融沉積，FDM） | 雷射切割 | |
|---|---|---|
| 怎麼做 | 把塑膠線材加熱融化，從噴嘴擠出來，一層一層疊成立體 | 用雷射光沿著線條燒穿或燒淡板材 |
| 做出來的是 | 立體的零件：外殼、旋鈕、支架 | 平面的板子，再組合成盒子；也可以在表面雕刻圖案 |
| 時間 | 慢，小零件常要幾十分鐘到幾小時 | 快，幾分鐘切完一片 |
| 給機器的檔案 | 3D 模型（STL、3MF）→ 切片成 G-code | 2D 向量圖（SVG、DXF） |
兩種機器吃的都是資料：3D 模型是一堆三角形的座標，向量圖是一堆線段與曲線的座標， G-code 則是一行一行的文字指令。計算機概論講過「所有東西都是資料的表示」，在這裡會一直看到。
從想法到外殼的流程
不論用哪一種機器，流程都差不多。每一步用到的檔案格式不同，這也是初學者最常卡住的地方。
-
1
量尺寸
用游標卡尺量電路板的長、寬、高，以及 USB 接頭、按鈕、LED 的位置。記在紙上或表格裡， 也要記下需要多少空間走線、放電池。
-
2
用 CAD 建模，預留公差
在 CAD（電腦輔助設計）軟體畫出外殼。孔和槽要比零件大一點：機器做出來的尺寸有誤差， 完全一樣大會塞不進去。要留多少依機器與材料而不同，先做一個小的測試件量量看，再決定。
-
3
匯出給機器的檔案
- 3D 列印：匯出 STL 或 3MF（3MF 還能帶單位、顏色與設定）。CAD 的原始檔（例如 STEP）要保留，之後修改用。
- 雷射切割：匯出 SVG 或 DXF 的向量圖；注意單位（mm）與線條的顏色規則。
-
4
切片或排版
- 3D 列印：在切片軟體設定材料、層高、填充、支撐，它會把模型切成一層一層，輸出 G-code。
- 雷射切割：在切割軟體把零件排在板材上（不要太靠邊、零件間留間隔），設定每種顏色的線是切割還是雕刻。
-
5
製作：全程有人看著
開始前確認材料與設定，製作中有人在旁邊：3D 列印的第一層要看是否黏好；雷射切割全程不能離開，有火就按停止。
-
6
後處理與試裝
拆掉支撐、修掉毛邊，把電路放進去試裝。不合就回到 CAD 修改尺寸再做一次。 第一次就剛好的情況很少，做一個、量一下、改一下是正常的流程。
3D 列印的主要設定
切片軟體裡有上百個參數，先掌握這幾個：
| 設定 | 意思 | 調大的結果 |
|---|---|---|
| 層高 | 每一層多厚（噴嘴 0.4 mm 常用 0.1～0.3 mm） | 層數變少、印得快，但側面的台階紋路明顯 |
| 填充 | 內部用網格填滿多少（0%＝空心） | 比較堅固、比較重，也比較慢 |
| 外牆圈數 | 外圍畫幾圈實心的線 | 外殼比較堅固；對強度的影響常比填充大 |
| 支撐 | 懸空的地方底下先印可拆除的支架 | 懸空處印得出來，但多花時間與材料，拆完表面較粗 |
懸空與方向：每一層要疊在下一層上面。向外伸出的部分如果太斜，第一層就沒有東西撐著，會往下垂。 常見的經驗是傾斜不超過約 45 度就不用支撐；更好的做法是換一個擺放方向，讓懸空的部分變少。 另外，層與層之間的黏合比同一層裡的線條弱，受力的方向最好不要剛好在把層「撕開」的方向。
材料方面，室內作品多半用 PLA；需要較耐熱、有韌性時用 PETG；ABS 耐熱但容易翹曲，需要封閉的列印艙與排氣； TPU 是軟的，適合墊片與保護套。
逐步看：讀懂 G-code
切片軟體輸出的 G-code 是純文字，每一行一個指令：G1 X50 Y10 E1.6 的意思是「移動到 (50, 10)，一邊擠出 1.6 mm 的線材」。
這個範例讀一份很短的 G-code（右側的 part.gcode），數出有幾層、總共擠出多少線材，再換算成重量。
雷射切割：能切什麼、不能切什麼
雷射切割機用聚焦的雷射光把材料加熱到燒掉或氣化。同一台機器可以做三件事：
- 向量切割：沿著線條把板材切穿，做出零件的外形。
- 線條雕刻：沿著線條燒淡一點、不切穿，做刻線、摺線。
- 點陣雕刻：像印表機一樣一列一列掃描，在表面燒出圖片或文字。
雷射燒掉的那一條有寬度，叫切口寬度（kerf），通常是零點幾公釐。雷射沿著線的中心走， 所以零件會比畫的小一點、孔會比畫的大一點；做卡榫時要把切口算進去。
能不能雷射，取決於材料燒起來會產生什麼：
| 材料 | 可以嗎 | 原因 |
|---|---|---|
| 椴木合板、MDF（標明可雷射的） | 可以 | 常用的結構材料 |
| 壓克力（PMMA） | 可以 | 切口光亮；要確定不是混了 PVC 的板材 |
| 紙板、真皮、布料（無塑膠塗層） | 可以 | 紙板容易起火，功率不要太高 |
| PVC、人造皮（多半含 PVC） | 不可以 | 產生氯氣與鹽酸氣體，傷害人體，也腐蝕機器 |
| ABS | 不可以 | 會融化結塊，產生含氰化物的有害氣體 |
| 聚碳酸酯（PC） | 不可以 | 幾乎切不斷，只會變色、起火 |
| 不知道成分的塑膠 | 不可以 | 外觀很像的板材可能就是 PVC |
各實驗室通常會列出「允許的材料清單」：不在清單上的，就當作不能切，而不是「沒有寫不行就可以」。
數位製造的安全守則
3D 列印
- 噴嘴與熱床都很燙（PLA 的噴嘴約 200°C），列印中與剛印完不要用手碰；拆零件等熱床降溫。
- 列印時會排放超細微粒與揮發性有機物：ABS 的排放明顯比 PLA 多，PLA 也不是零。放在通風良好的地方， ABS、尼龍等材料要用封閉列印艙與排氣；不要長時間坐在運轉中的印表機旁邊。
- 長時間列印要有人定時查看；第一層沒黏好、線材纏住時就停止。
雷射切割
- 全程有人在機器旁看著：材料可能起火。知道緊急停止鈕與滅火器的位置，小火苗先按暫停、關掉雷射。
- 開啟抽風與空氣輔助再開始，切完等煙排乾淨再開蓋。
- 只切實驗室允許清單上的材料；PVC、人造皮、ABS、聚碳酸酯與不明塑膠一律不切。
- 不要把機器的安全連鎖裝置（開蓋就停止的開關）拆掉或擋住，雷射光會傷害眼睛。
每台機器、每個實驗室的規定都不同。第一次使用前，一定要接受那裡的訓練並取得使用許可。
小測驗：檔案與設定
下列哪一組「機器與檔案」的搭配最合適？
零件高 20 mm、層高 0.2 mm。下面的程式算出幾層？
print(round(20 / 0.2))
外殼側面有一個水平伸出的掛勾，底下完全懸空。最好的處理方式是？
小測驗：材料與安全
為什麼 PVC 板不能用雷射切割？
雷射的切口寬度約 0.2 mm，沿著線的中心切。畫一個 3.0 mm 寬的槽，下面的程式估算切出來的寬度，會印出什麼？
kerf = 0.2
print(round(3.0 + kerf / 2 * 2, 1))
雷射切割機正在切合板，你想去倒杯水，大約 3 分鐘。應該？
重點整理
- 流程：量尺寸 → CAD 建模（預留公差）→ 匯出 → 切片或排版 → 製作（有人看著）→ 後處理與試裝，通常要改好幾次。
- 3D 列印吃 STL／3MF，切片成 G-code（純文字指令）；雷射切割吃 SVG／DXF 的向量線條。
- 層高決定速度與表面紋路；外牆與填充決定強度；懸空處換方向或加支撐。
- 室內作品多用 PLA；ABS 要封閉列印艙與排氣。
- 雷射有切口寬度，卡榫要算進去；PVC、人造皮、ABS、PC 與不明塑膠一律不切；全程有人看守。
最後一課把前面學過的東西串起來：規劃一個專題、寫好文件，選擇開源授權，讓作品可以被別人重做與改進。