三通孔明锁的手工“增材”制作
加入收藏 
设为首页 
联系我们 
  2021年4月21日 星期三 您位于: 首页 → 发明学堂信息  → (浏览)  
浏览工具:缩小字体放大字体缩小行距增加行距 返回上一页 发布人:patent  我要发布信息
三通孔明锁的手工“增材”制作 发布于:2021/02/24
    孔明锁相传是三国时期诸葛孔明根据八卦玄学的原理而发明,又名“别闷棍”“六子联方”“莫奈何”“难人木”等。它不用钉子和绳子,完全靠自身结构的连接支撑,体现了古人的智慧。作为一种传统的益智玩具,仅有很少的人能真正玩转孔明锁,很多人往往是拿在手中拆解不了,或者好不容易拆解了却无法拼回原样。
  在一次STEM科技实践项目中,我带领学生进行三通孔明锁制作的实践。
  一、技术方案
  采用增材制造技术进行制作。增材制造技术是指基于可以离散排布的耗材,运用层层堆积的原理,制作成结构复杂物体的一种加工技术。基于不同的分类原则和理解方式,增材制造技术还有快速制造、3D打印等多种称谓。
  作为STEM科技实践项目,本次活动还需体现“绿色、低碳、环保”的设计理念。在达到相同的技术性能的情况下,材料用量较少的方案得分会更高。
  二、限定器材
  本次活动提供的材料和工具如下。
  材料为椴木方木条1根,其规格为20mm×20mm×1 000mm。
  工具为手工锯1把,砂纸1张,热熔胶枪1把,胶棒1根,木工锉1把,直尺1把,角尺1把,铅笔1支。
  三、思路方案
  将4根边长为10mm的方木条粘合在一起即可组成边长为20mm的方木条,且如果在粘合前预留需空出的缺口,就不需要使用传统的方法锯槽了。具体如何制作呢?
  (一)方案讨论
  假设1:如图2所示数据,将锁件两端空出40mm,即锁件总长为100mm,则三通孔明锁总体积为:
  V=20×20×20+20×20×40×6
  =8 000+96 000=104 000mm3。
  则需要10mm×10mm方木条的长度为:
  L=V/100=104 000/100=1 040mm,1 040mm>1 000mm。
  结论:此方案中,所供方木条的长度不够。
  假设2:如图纸所示数据,将锁件两端空出30mm,即锁件总长为80 mm,则三通孔明锁总体积为:
  V=20×20×20+20×20×30×6
  =8 000+72 000=80 000mm3。
  则需要10mm×10mm方木条的长度为:
  L=V/100=80 000/100=800mm,800mm<1 000mm。
  结论:此方案中,所供方木条长度足够,如果没有锯切操作的失误,将剩余200mm的木条。
  假设3:如图纸所示数据,将锁件两端空出20mm,即锁件总长为60mm。此方案所供方木条长度虽然足够,但作品比较小,使用时手感较差,手能持握的部位较短,且会影响作品的美观。
  假设4:如图纸所示数据,将锁件两端空出10mm,则作品会更小,使用时手感差等问题将更突出。
  由此可见,方案2为最优选。
  (二)数量统计
  统计出各种规格长度的木条分别所需的数量,如表1。
  四、制作过程
  (一)木条锯切
  按表1分别锯出不同规格的木条,用木工锉将木条的毛刺修整平滑。由于锁件2的中间是圆柱体,所以需用木工锉将其中一根80mm的木条的最中间20mm锉成圆柱体,即两端各预留30mm的长度,保证圆柱体部分处于中间。
  (二)锁件合成
  用热熔胶枪依照图纸将木条粘合成3个锁件。注意:为便于装配,锁件中间的间隙应略大,如两个30mm锁件间应空20mm,实际粘合时需空22mm; 30mm、40mm锁件间应空10mm,实际粘合时需空12mm。与总长80mm的木条相比,两端正好各多1mm,最后可通过砂纸磨平。
  (三)锁件组装
  将粘合好的3个锁件进行组装,无法拼装的可以用锉刀再进行细微修改。
  首次玩孔明锁的人可能要尝试20多分钟才能悟出其中的诀窍,所以本次活动将安排45min~120min的时间供学生组装、解开孔明锁。最终制作而成的三通孔明锁如图4所示。
  五、评价与交流
  让学生展示自己制作完成的孔明锁,并进行交流发言。依据相关评价标准给每个作品打分。
  1.按要求完成3个锁件的制作,每个锁件计20分,共计60分。
  2.锁件能完美组合成孔明锁,计20分。
  3.孔明锁光滑、美观,锁件间的缝隙很小,计20分。
  六、提升与反思
  (一)“解锁大法”
  要玩转孔明锁,需要反复拆解孔明锁,总结其中的规律。师生们总结了三通孔明锁解锁与上锁的 “五字要诀”。
  解锁操作要领:偏转锁件2,取下锁件1,移去锁件2,放下锁件3;
  上锁操作要领:手持锁件3,偏放锁件2,正放锁件1,旋正锁件2。
  (二)识破“设计陷阱”
  在方案確认阶段,为何不能依据三通孔明锁的图纸直接锯切制作?
  这里可用“整体法”进行分析:在原三通孔明锁的构造图纸中,3个锁件组装完成后,从X、Y、Z三个方向观察,相当于都有1根20mm×20mm×100mm的方木条,但这3根方木条中,重叠了2个20mm×20mm×20mm的立方块。
  原图纸中的三通孔明锁总体积为:
  V1=20×20×100×3-20×20×20×2
  =104 000mm3
  而教师提供的原材料木条总体积为:
  V2=10×10×1 000
  =100 000mm3
  本次STEM科技实践活动中,预先设有“陷阱”,如果不加以必要的分析就做不出一个成功的三通孔明锁。
  七、小结
  本次活动创造性地融合了增材制造技术的原理,大大提高了手工制作孔明锁的效率,化繁为简。它不仅能让学生了解木工加工的工艺,而且能让学生从三通孔明锁的结构中感受传统榫卯结构的独特魅力,加深对增材制造技术的理解。作者:朱石明  来源:发明与创新·中学生
免责条款 | 友情链接 | 系统管理 | 返回页首|
版权所有:发明专利技术信息网 ©1999-2021

网站联系邮箱 E-mail:hangzhou@vip.sina.com
信息产业部网站ICP备案序号:皖ICP备11003032号-6

友情链接                  
生产排产计划软件 一次性医用输液器 颇尔滤芯 仓顶除尘器 第三方仓储物流 厚片吸塑厂 空气滤芯 SAP系统公司 液压滤芯
汽车滤清器厂家 scrm会员管理系统 除尘滤芯 贺德克滤芯 水泥罐仓顶除尘器 奔驰斯宾特房车 钢厂滤芯