【腿部製作篇】08：雙轉軸膝可動關節的腿內構與造型整合 前篇

在上回的篇章中，以立壁外擴補土澆淋形成獨立造型 / 強度的小腿殼體遵循著大腿內構設置的相同邏輯，大頭老師依循著朝內連結膝 / 踝關節空間的預留與對外「交錯榫型集成鰭片群」的兩向展開的布局，示範了複雜且精巧的「無插銷」零件假組規劃。

可動並不困難，難的是「可動程度」的檢驗。
儘管在這個3D列印已經成為原型師常見的裝備、工業設計 / CAD / 3D建模軟體早是設計者愛用手段的時代中談手工可動關節總有些不搭調，但其設計和檢驗的基本概念完全一致、只是由紙 / 膠板的現實材質變成了電子訊號的0與1而已，仍十分適合中低預算的設計驗證與個人解放模型可動的改造使用。
在本回中，大頭老師將透過厚紙板的預先規劃、零件複製、PC件設定與夾組集成手法達成巴力期望的可動機能。本篇特別獻給有志成為可動玩物創作者們─借助自上世紀至今不變的經驗，希望在不久的未來，我們能看見可動原創玩物的百花齊放。

測試用硬紙板簡易關節、可動驗證、膠板箱型搭建、造型複製、插銷式接點增設

作為連結大與小二腿結構的二重轉軸可動機構，關節內部的轉軸設置位與連結插銷設置的點位將直接決定可動範圍的大小、同時影響著造型的傳真。面對這樣的重要的大任，光靠腦有限的想像力是遠遠不足─要如何在不使用昂貴的軟體與裝備下，以最低侵入性、高更改彈性的方式規劃零件的可動呢？

如果只是靠摩擦力連結的低負重可動測試，於觀察原設計稿的基本輪廓後，使用尺規規格化稜角與造型在西卡紙或厚紙板上繪製、裁切充當膠板並以迴紋針集成的簡易關節是優秀的替代方案。

考慮干涉與總集成的需求，「雙重轉軸膝關節殼」是第一個評估目標。
藉助了前回以大小腿殼線性軸列攝影並修圖確認的相關數據、裁切候選的關節殼造型卡紙後，將其和現有的零件群依循轉軸位置進行「假可動」測試排列，藉彼此的遮擋下決定對應位置，並用鉛筆標示在卡紙和腿殼內襯的膠板上。
通常，雙重轉軸的軸設點為了盡可能爭取最大的旋轉範圍並讓前方的集成殼能遮蔽向上與下的連結器，通常會如上圖的向腿後側移動。值得一提的是：由於現在標記的軸設置點代表的是PC件左右突軸棒的中心，故點週遭至少要預留「PC件突軸棒半徑 + 1 ~ 1.5mm以上」的肉厚，才能確保設計的物理強度。

接著是上下各自連接轉軸、負責填滿大小腿內部空洞提供支撐力的實心構造。
由於前回小腿殼內部空間的預留步驟中，大頭老師以大腿殼底部收攏的口型邊角切平垂直小腿殼頂部前側的區域的關係，故 (除大腿殼前段有漸變多出空隙外) 大小腿的內部預留給連結 / 支撐機構的閒置體積近乎是相等的，所以卡紙可以直接剪紙複製粗造型。

膝關節殼與轉軸構造的三片卡紙以迴紋針通穿卡紙的轉軸點形成摩擦力風格的假組，先如上圖借助自體的旋轉安排確認彼此是否有邊角卡住的問題，然後參考下二連圖插入腿殼中做最後的干涉確認。

由於在關節造型檢討的過程中，考慮設計圖中大腿部呈現的「ㄇ字關節口」造型所需的手續複雜性，大頭老師決定將該區以追加的形式在膝雙重轉軸關節殼上進行補正。後續的步驟會暫時將該部分的造型削除，直到細部整修時才會補上。

和大家組模型的常識順序恰好相反─由於連通大小腿、提供主結構支撐強度的上下段雙重實心轉軸製作步驟簡單、造型額外補正量小，且兩件彼此旋轉時是第一會發生干涉之處，所以在製作上應優先於雙重轉軸集成殼膝本體。

在取量西卡紙評估版本的組件二維長寬數據，集合大小腿內部預留空間寬扣除集成殼厚之深度量後，大頭老師將之先簡化為一系列的膠板水平與垂直拼接成型。
處理安設PC件的凹口時，則以鑽孔、配合PC件與瞬間膠進行鉛直立柱；接著用瞬間膠補土配合貼膠帶隔離的桌面壓出外側的斜面造型。詳細的拼接步驟請見上圖註釋。
待箱型全部完成後，選其中一面的壁面貼上注形點用的膠板─通常以關節安裝狀態為標準─如下圖進行二次複製、得到兩個原型。

注塑點留下的湯口處理則可以參照前回鰭片的打磨手法處理。

在正式進入製作前，我們必須要回答專欄看得夠多的朋友的精明提問：既然有了確認造型的西卡紙版，那麼雙轉軸膝關節的外殼造型是否也能套用過去「膠板互疊」或「貼紙描邊貼膠板裁切」的手法，以「紙板疊膠板」做輪廓的剪紙複製、加快製作的進度？
「理論可行但現實應避免。」這是大頭老師的建議。
雖然過去沒有明確的將兩種被稱為「剪紙複製法」的手法做出細分，但「貼紙描邊貼膠板裁切」的手段多用於會再次修邊後才置入定位的膠板原型；而「膠板互疊」的形式則在會選用於已確認精準輪廓線可層疊同步修邊的造型複製中。
基於卡紙仍需回收做進一步干涉評估比對的需求，考慮卡紙疊膠板提供的下刀輔助壁面太薄、裁切抗性上遠弱於雙疊膠板易將錯誤的切割連同正確造型一同削下等缺陷，巴力的關節殼的輪廓將以治具輔助手法協作。

在治具的搭建方面，老師選用厚大型膠板當作切割底襯，並用硬度更高的透明塑膠片沿著紙板邊角的轉折處沾膠固定。由於造型製作的策略，巴力膝蓋部位所需的輔具只有後膝的鏡射雙坡 (同時也是膝上段的結構；擁有鏡射坡面的造型) 一處，可如上圖翻轉膠板嵌入定位後裁切突出點獲得。

至於巴力的膝關節殼粗樣則被分為獨立的兩段膠板各自「減法」成形後拼接。如上圖淺色灰線的粗樣痕跡可知，其分別是以治具修整、位於膝上段、以雙轉軸PC件軸棒直徑對稱中軸開圓孔的大長方形與過渡遮蓋小退脛上段空缺區的小梯形板共二區。
值得注意的是：由於尚未修整膝上段與大腿殼的干涉區造型，衡量加工的便利性，本處的粗樣選用的膠板厚度並非最終外殼的厚度。待修整後才會再次以「膠板雙疊」的剪紙複製法切出增厚層彼此固定。

取得粗樣造型後，為了盡可能爭取在一盒HG級鋼普拉所附的PC板件內完成巴力所有可動關節的設置，大頭老師必須以假組評估PC件的安裝方向、並視情況做修整與對應的優化措施。

在上二連圖中，我們會發現採用PC001-01號非完全對稱形零件時，錯誤的安裝方向會導致關節被大幅拉長或縮短，且底部突出的弧面也會妨礙關節彎曲時另一轉軸的可動空間，必須要進行修整。

為了避免此一狀況，巴力正規發行版將收錄此處的PC件修整用治具複製品。
基本上此一零件可看作雙H字形的樑板垂直固定於平板上的三件式構成。使用時，在中央區域插入PC件後，用手指扶助H樑凹槽推刀削去突出的PC件尾端即可。本處削去的量是開發中多次嘗試後得到的最佳值，想模仿轉用於其他原型的朋友，也請針對假組模擬可動狀態的結果自行調整切削總量。
削去的結果如下圖。本處一共要對左右二腿共四枚PC零件進行修整，收到套件的朋友請務必注意說明書的相關內容。

開發是一連串試誤與微調的過程；巴力的原型也不意外。

為了還原概念稿中的腿殼ㄇ字口特徵、微調視覺上大腿正面的長度，在借助西卡紙關節評估的干涉量下，以尺規在一次複製品或原始母模的腿殼正下方沿中軸勾出約略的範圍，並用手鋸與刀片切除。
由於尚不知道最終集成所需的造型修飾零件對可動件造成多少干涉，本部分的開口寬只略比插入的軸加上膝蓋殼兩面厚度略寬些許，留待未來處理。

至於向大腿殼正面內深入的凹口深，則設為2~3mm，保留未來可修整的應變彈性。
如同西卡紙關節的測試步驟，本處也需要在大小腿殼集成的狀況下再次檢視可動，並運用攝影紀錄和修圖軟體的疊圖透明法決定要在鰭片基座的何處設置插入栓點。其集成狀態如下圖所示：

最後，在當前全零件集成的狀態下 (最低應有大與小腿兩部分的鰭片機構) 再次測試彎曲可動，確保鰭片或腿部裝假造型不會彼此影響。如無障礙且順利，則可取下雙重膝關節的膠板進行複製，取得雙片在後續組成箱型構造。