第一部分

附录 21世纪大车间：如何成为数字创客

我希望书读至此，你也受到了鼓舞，希望成为一名创客。如何开始？当然，答案取决于你要做什么，而且有多少人问这个问题，就会有多少种答案。制造可以简单如厨房餐桌上的手工制作，也可以复杂如机械工厂。你可以从很多了不起的创客资源中获取指导，包括精彩的《爱上制作》杂志、Instructibles等网站以及各类手工制作杂志和网站。

本书的主题是数字工具的力量，有关桌面制造革命。因此我会在附录中介绍一些写作本书时出现的最佳制造工具，你可以从它们开始自己的创客之路。

我的依据主要是个人经验。我在家中的地下室里有个小小的工作室，配有与孩子们共同完成制作项目所需的各种工具，若干机器人和电子产品，通常用于数字制造，其中包括此处列举的东西。我在此推荐的工具都是我自己的经验之谈。

开始使用CAD软件

为什么？所有数字设计都围绕软件展开，无论是下载设计图还是从零开始创造，你通常都需要使用某种桌面编写程序，以便在电脑上进行设计。

把CAD软件看作制作进程中的文字处理器，只是把你的想法搬上电脑屏幕并进行编辑的方法。从相对简单的免费Google SketchUp，到工程师和建筑设计师使用的数千美元的Solidworks和AutoCAD复杂软件，CAD软件各式各样。

还有各类特殊CAD软件，比如专门用于设计电子产品印刷电路板（如Cadsoft Eagle程序）或是生物分子。但我在本附录中仅会介绍那些能够用于3D打印机、数控机器或激光切割机制造实物的CAD软件。

首先需要明确二维与三维设计之间的区别。某些诸如简易激光切割机的桌面制造机器只能像剪刀一样剪切平面材料，属于二维机器，因此你只需要二维轮廓形象。这在任何一种“向量”绘图软件中都能轻松实现，比如Adobe Illustrator或CorelDRAW。

此类绘图软件与Windows和Mac系统中免费的简单绘画软件相似，不同的是每一线条和形状都是能够单独编辑、移动、拉伸或删除的“物体”。绘图完成后，那些线条会被翻译成激光切割机或简易数控刨槽机上激光头的刀具路径：它们指导刀具头的运动与切割。这些软件简单易用，你只需要从圆形、长方形等标准形状中选择、拉伸和组合，形成你希望在胶合板、塑料板或薄金属板上切割的图形。

推荐的二维绘图软件

· 免费软件：Inkscape（适用于Windows和Mac系统）

· 付费软件：Adobe Illustrator（适用于Windows和Mac系统）

你需要使用三维绘图软件绘制在3D打印机上打印或在三轴数控机器上制造的更复杂物体。鉴于要在二维的电脑屏幕上绘制三维物体，你需要多做一些头脑和视觉体操。好莱坞和电子游戏产业也用相同的软件设计电脑图形动画，不过你设计出的物体可以使用真实的材料制作出来。绘图过程基本相同，但你要更加仔细，保证实际上要互相接触的部件在设计图中也确实如此，而且部件间不能出现缝隙，以免3D打印机或数控机器无法正确读取（这是所谓的可怕的“漏网”问题）。

使用三维CAD软件时，通常先把长方形和圆形等“几何图元”放置在屏幕上，然后把它们“拉伸出来”形成能够进一步编辑的三维物体。通过组合足够多的此类图形元素，你就能设计从最复杂的机械到人体结构的任何东西。

推荐的三维绘图程序

· 免费软件：Google SketchUp（适用于Windows和Mac系统）

Autodesk 123D（适用于Windows系统）

TinkerCAD（适用于Mac系统）

· 付费软件：Solidworks（适用于Windows和Mac系统）

开始使用3D打印机

为什么？能想，就能做。3D打印机是终极成型工具，是把电脑屏幕上的设计转变成你手中的实物的最快途径。但要知道家用3D打印机目前仍然非常简陋，制作的东西能用但不好看。

几年前，3D打印机的售价还高达数万美元一台，而且只有专业人士才会使用。现在，从RepRap打印机开始兴起的开源项目浪潮，以及随后广受欢迎的MakerBot打印机，使得3D打印机价格跌落到1 000美元以下，在学校、家庭和无数“创客空间”都能看到这类机器的身影。

所有售价在1 000美元左右的3D打印机都通过堆积熔融的ABS塑料制造实物，填送的材料是各种颜色的成卷塑料丝。材料本身坚韧、有弹性，但不足之处是分辨率仅为0.5毫米。产品外观良好，但与使用激光的专业3D打印机制作出的光滑无缝的产品有明显差别。

我推荐我自己正在使用的MakerBot Replicator 3D打印机。但这一领域发展迅速，因此，在你看到本书时，无疑会有更便宜、更好的选择（其中一些肯定是MakerBot Industries公司的产品）。

把这些早期的消费者级3D打印机看作它们所处时代中的点阵打印机：用来打印草图和原始模型倒还不错，但你可能还是希望由Shapeways或Ponoko这样的专业打印服务商完成最终的产品制作。

推荐的3D打印解决方案

· 打印机：MakerBot Replicator（最佳社区）

Ultimaker（更大、更快，但价格更高）

· 服务商：Shapeways、Ponoko

开始使用3D扫描仪

为什么？正确设置后，3D扫描仪也许能比CAD软件更快地把世界数字化。

制作三维物体最难的部分是确立最初的三维模型。你可以扫描现有物体，然后使用CAD软件中进行修改。这种3D扫描称为“现实捕捉”，通常使用特殊的扫描仪完成，也可以使用普通相机进行多次拍摄后，用智能软件将多幅照片连接而成。

专业级3D扫描仪售价为数千美元。如果拍摄时光线运用得当，你也可以使用数码相机，通过便宜甚至是免费的产品获得非常好的扫描效果。

最简单的方法是使用数码相机从各个角度拍摄物体，然后通过免费的Autodesk 123D Catch软件把照片上传至云系统，照片经过连缀后作为“点云”返回，可以进行旋转及其他处理。最适合此方法的是能够在自然光的不同背景下从多个侧面拍摄的物体，比如椅子，甚至是房间。

对于较小型物体，最好使用独立的3D扫描仪。此种扫描仪包括一个摄像头和一台“结构光”投影仪，能在物体上投射某种已知样式，显示物体的所有细节。如果你使用的是如MakerBot产品等价格不算很高的网络摄像头扫描仪，事后则需要进行大量软件清洁。如果不愿意那么麻烦，就只能选择花费数千美元的专业级3D扫描仪了。如果不经常扫描小型物体，更好的方法是把需要扫描的物体寄送给扫描服务商，完成扫描。

有朝一日，3D扫描仪也会和现在可能已经嵌入桌面一体打印机中的2D平板扫描仪一样普及，不过目前还是略显复杂的技术。捕捉形象比较简单，但是用软件进行清洁以便能在电脑上处理却还是需要比较专业的技能。

推荐的3D扫描解决方案

· 软件：Free Autodesk 123D Catch（适用于iPad和Windows系统）

· 硬件：MakerBot3D扫描仪（需要网络摄像头和微型投影仪）使用免费的Meshlab软件清洁图像

开始使用激光切割

为什么？使用激光切割机，任何人都能制作很酷的东西，从首饰到喂鸟器甚至是家具。只要能在纸上画出图来，就能制作出成品。

使用激光切割机是最简单的数字制造方法，你只需要一份二维图纸或能够使用免费的Autodesk 123D Make应用等软件自动“切片”成二维片层的三维图纸。剩下的工作都由机器完成，使用高功率激光沿着轮廓线切割，能够切割木材、塑料甚至是薄金属板。

虽然激光切割机易于使用，但可能也是家庭制作工作室里最不需要配备的工具，因为你完全可以把文件发送给服务商，几天之后就能拿到成品，而且价格低廉。与更加复杂的三维制造不同，即使不看，你也能知道激光切割之后会得到什么样的物品，而且服务商网站还能帮你选择正确的材料。此外，对于家庭制作工作室来说，激光切割机还是比较昂贵，能够切割任何适当厚度材质的机器最低也要2 000美元左右。在切割塑料时还会散发出非常难闻的气味，因此你还必须保证通风系统良好。

总之，我建议你去技术工坊等本地的“创客空间”使用激光切割机，或是找到服务商帮你制作成品，他们还能帮你采购到便宜的原材料。

推荐的激光切割解决方案

· 服务商：Ponoko.com

· 软件：Autodesk 123D Make（写作本书时，只适用于Mac系统，适用于Windows系统的版本正在开发中）

开始使用数控机器

为什么？此类机器相对易于使用，能够使用几乎任何材料进行制作，而且其桌面版本比激光切割机更便宜、体积更小。

所有3D打印机都使用“加法”技术，即通过多层堆积材料制造物体。也就是说，通常只能使用能够融化的材料。对于售价较低的3D打印机来说，就只限于使用塑料材质。如果希望使用木材或金属等材料制作物品，且花费又不能太大，你最好选择“减法”技术，即能够去除材料的旋转、打磨或切割刀具头。因此，“减法”进程不是使用材料堆积出物体“应该的样子”，而是去除物体“不应该有的”部分。

最简单的数控机器是夹持旋转电动刀具的夹持器，比如能够根据电脑控制在杆的三个方向上（x、y和z）移动的Dremel刀具。电脑上的软件决定三维物体的刀具路径，相应地移动旋转电动刀具头。铣床刀头把材料慢慢打磨到只剩下所需物体的形状。更贵一些的机器使用能够打磨、切割甚至抛光的特殊电动刀具头和刀头。

与激光切割机不同，数控刨槽机和铣床能够在三个维度上精准切割，可以制作多层复杂形状。更贵一些的机器能够在四五个轴上运动，刀头可以旋转进入物体的角落和裂缝中。

初学者可以像用手锯一样使用数控机器，从胶合板等平板材料上准确切割出形状。比较高阶的使用者可以进一步制作更复杂的三维物体，包括用于塑料注塑成型的铝制模型和金属的机器人部件。

推荐的数控解决方案

· 业余爱好者使用（Dremel工具）：MyDIYCNC

· 半专业：ShopBot Desktop

开始使用电子元件

为什么？“创客运动”很大一部分内容是使实物变得更加智能——添加传感器，使用程序控制，联结至互联网。这就是正在兴起的“物联网”，最开始不过就是使用Arduino物理运算板等简单的电子元件。

着手使用数字电子元件时，其实只需要一个Arduino初学者工具包、一块万用表和一把适当的焊接烙铁。根据想要制作的东西，你可能会尝试各种传感器或执行器，比如伺服器或发动机。你现在能找到任何需要的东西，而且还有Sparkfun和Adafruit这样的公司为你提供所需的各种零部件、教程、了不起的产品说明，以及能够提供帮助的大型社区。现在确实是电子元件装配的第二个黄金时代！（第一个黄金时代出现在第二次世界大战后业余无线电爱好运动中，在20世纪70年代幸福牌组装元件包的热潮中达到顶峰。之后，令人费解的微芯片让动手自制的乐趣销声匿迹了二三十年，直到最近几年开源硬件兴起之后，大家才又开始动手敲敲打打地制造东西。）

如果想要更进一步，可以使用数字逻辑分析仪、USB示波器和奇巧的焊接返修台。但在起步阶段，你需要下列工具，它们的神奇力量比你想象的还强大。

推荐的电子元件装备

· 初学者工具包：Adafruit的廉价Arduino工具包

· 焊接烙铁：Weller WES51焊接台

· 万用表：Sparkfun数字万用表

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