Đồng hồ cơ: Hình ảnh đã được tháo rời

• Bài viết ghi lại quá trình chế tác một mô hình trưng bày ba chiều với các bộ phận của bộ máy đồng hồ cơ được tháo rời và sắp đặt trong không gian
• Trước đó hầu như không thể tìm thấy trên thị trường một hiện vật trưng bày dạng tháo rời nhưng vẫn giữ nguyên thứ tự lắp ráp và bố cục không gian thực tế
• Đã có nhiều lần thử nghiệm với nhựa resin (epoxy), nhưng gặp khó khăn do sự khác biệt chiết suất giữa các lớp và vấn đề bọt khí
• Giải pháp cuối cùng là dùng dây câu (monofilament) để đỡ các linh kiện và đổ toàn bộ khối trong một lần
• Sau nhiều lần thử prototype, tác giả đã đạt được kết quả hoàn thiện cao hơn nhờ cải thiện khả năng kiểm soát vị trí chính xác và lớp phủ bề mặt

---

Mở đầu

• Tháng 5 năm 2022, mọi thứ bắt đầu từ trải nghiệm đọc bài viết trên blog của Bartosz Ciechanowski về nguyên lý hoạt động của bộ máy đồng hồ cơ
• Trong bài viết đó, điểm nổi bật là các minh họa tương tác cho phép “tháo rời” từng cấu phần của bộ máy đồng hồ để quan sát và xoay chúng trong không gian
• Khác với kiểu trực quan hóa trên mạng như vậy, tác giả quyết định thử thách sự tò mò đã có từ lâu: nếu có thể cầm trên tay một mô hình đồng hồ đã được tháo rời ngoài đời thực thì sẽ thế nào?

Không thể tìm thấy mô hình tháo rời ngoài đời thực

• Trên thị trường đôi khi có bán các tác phẩm steampunk art đặt ngẫu nhiên linh kiện đồng hồ trong khối nhựa, nhưng chúng hầu như không liên quan đến cấu trúc thật của bộ máy
• Cũng có các vật trưng bày kiểu “buffet style” với linh kiện được trải ra trong resin, nhưng không thể giữ được khoảng cách và thứ tự lắp ráp ba chiều như mong muốn
• Việc triển khai và cố định toàn bộ linh kiện của một bộ máy theo đúng quan hệ vị trí, theo kiểu “exploded view”, là một công việc cực kỳ phiền phức
• Đây cũng là lý do vì sao nếu không có kinh nghiệm lắp ráp đồng hồ (watchmaker) thì rất khó thực hiện đúng cách

Làm thế nào để tạo ra nó?

• Bộ máy ETA 2824-2 được tham khảo từ blog của Bartosz Ciechanowski có quá nhiều chi tiết siêu nhỏ nên không phù hợp để làm prototype ban đầu
• Bộ máy đồng hồ bỏ túi có ít linh kiện hơn và cấu trúc đơn giản hơn, nên phù hợp cho các thử nghiệm đầu tiên
• Nhiều bộ máy đồng hồ bỏ túi vintage có thể mua lại với giá rẻ, và cũng thường là đối tượng luyện tập cho những người mới học làm đồng hồ

Thử nghiệm đúc resin theo từng lớp

• Vì mô hình thực tế cần đủ chắc chắn để có thể cầm trên tay, tác giả lên ý tưởng nhúng từng lớp linh kiện vào epoxy resin trong suốt
• Khi chờ từng lớp đóng rắn rồi mới đổ lớp tiếp theo, ranh giới giữa các lớp hiện lên rất rõ, đồng thời còn phát sinh vấn đề ngả vàng và thời gian đóng rắn
• Sự chênh lệch chiết suất giữa các lớp gây cảm giác thị giác không tự nhiên, và resin ở trạng thái bán đóng rắn vừa khó xử lý vừa tạo nhiều bọt khí
• Cách làm riêng từng lớp rồi xếp chồng lên nhau tiêu tốn quá nhiều thời gian và công sức nên đã bị loại bỏ

Treo linh kiện bằng dây câu

• Tác giả chọn dây câu monofilament trong suốt (loại dùng cho fly fishing) thay vì thanh nhựa trong, vì nó có chiết suất gần với epoxy resin nên ít lộ hơn
• Do dây câu giữ lại hình dạng cuộn sẵn, tác giả đã lặp đi lặp lại việc kéo căng trong lò nhiệt độ cao để làm dây thẳng hoàn toàn
• Quá trình này đòi hỏi phải dùng kẹp, nhíp và keo siêu dính (CA glue) để gắn chính xác linh kiện vào dây câu

Đúc epoxy resin tại nhà

• Tác giả đã thử nhiều loại epoxy resin trong suốt khác nhau, với độ trong cơ bản khá tốt nhưng khác nhau về độ nhớt, thời gian đóng rắn và đặc tính sinh bọt khí
• Để đạt độ trong suốt tối đa, tác giả áp dụng phương pháp hút bọt khí bằng buồng chân không
• Quy trình diễn ra tuần tự gồm trộn resin, xử lý chân không, đổ vào khuôn rồi tiếp tục hút chân không lần nữa

Kết quả thử nghiệm prototype lần 1

• Tác giả nhận ra rằng khuôn hình trụ khó quan sát cấu trúc bên trong, còn khuôn dạng khối lập phương phù hợp hơn
• Dây câu gần như không nhìn thấy, và không có vấn đề đáng chú ý nào về sự can thiệp giữa keo siêu dính với resin
• Trong quá trình đóng rắn, resin co lại và làm nứt vỡ hình trụ

Prototype lần 2 và cải tiến phương pháp lắp ráp

Tháo rời và làm sạch

• Bộ máy đồng hồ được tháo hoàn toàn, làm sạch rồi tiến hành lắp ráp dán lại một cách tỉ mỉ
• Tác giả dùng nhíp, keo siêu dính và jig cắt dây câu để căn đúng vị trí từng linh kiện

Lắp ráp mặt phía train wheel side

• Bắt đầu từ phần train wheel phức tạp của bộ máy, các linh kiện như bridge chính được căn chỉnh bằng cách nối dây câu vào các vít
• Các linh kiện nhỏ được dán vào đầu cắt của những đoạn dây câu riêng để dựng đứng và cố định

Lật sang phía mặt số để lắp ráp

• Tác giả chế tạo một jig phụ để giữ nửa cụm lắp ráp đã hoàn thành, nhờ đó có thể thao tác ổn định ở mặt còn lại

Chuẩn bị khuôn và resin

• Tạo khuôn dạng khối lập phương bằng tấm acrylic, băng keo chống epoxy và keo kết cấu
• Từ kết quả prototype, các điểm cần cải thiện tiếp theo được rút ra là kiểm soát chiều cao chính xác hơn, bố cục tách lớp mạnh hơn và căn chỉnh linh kiện dễ hơn

Prototype lần 3: kiểm soát vị trí tinh vi

• Độ chính xác khi vi chỉnh được cải thiện nhờ bàn nâng kiểu cắt kéo (lab jack), nhíp dùng nam châm cùng các công cụ khác
• Tác giả dùng dụng cụ chấm nhỏ để áp dụng chất tăng tốc cho keo siêu dính một cách vi lượng, giúp tăng hiệu quả dán
• Bánh lắc và dây tóc được bung ra một cách tự nhiên để nhấn mạnh trực quan “trái tim” của chiếc đồng hồ
• Do cấu trúc của toàn bộ cụm lắp ráp, quá trình đúc được thực hiện theo chiều ngược để các linh kiện có thể treo đúng cách

Prototype lần 4: bộ máy ETA-2824 / PT5000

• Tác giả tiến hành thử nghiệm với bộ máy ETA 2824 (mẫu tương thích PT5000), vốn là mục tiêu cuối cùng
• Dù gặp nhiều khó khăn như linh kiện nhỏ hơn, vấn đề dầu bôi trơn, chất lượng hoàn thiện kém và hư hại lớp sơn, quy trình lắp ráp cơ bản vẫn có thể áp dụng tương tự
• Việc treo các linh kiện nhạy cảm như lò xo chống sốc, cụm bánh lắc được thực hiện bằng những kỹ thuật riêng
• Do giới hạn kích thước khuôn, góc của cụm lắp ráp bị lệch bất thường, và cũng có những sai sót như lớp sơn bị resin làm bong ra, nhưng sau khoảng 18 giờ làm việc vẫn hoàn thành được thành phẩm

Chế tác thành phẩm và bảo toàn lớp sơn

• Từ việc xác nhận rằng epoxy và keo siêu dính làm tan lớp sơn, tác giả xác định giải pháp cuối cùng là phủ bằng sơn xịt lacquer
• Việc phát triển jig cắt dây câu và dụng cụ hỗ trợ lắp ráp đã cải thiện khả năng sản xuất lặp lại
• Các bước lắp ráp, sơn phủ và hoàn thiện assembly đều được thực hiện theo quy trình chi tiết

Kết quả cuối cùng và cảm nghĩ

• Dù rất khó đạt được bề mặt hoàn hảo tuyệt đối, đây vẫn là trải nghiệm cuối cùng cũng cầm được trên tay cấu trúc mong muốn sau 2,5 năm thử nghiệm
• Tác giả nhấn mạnh rằng chính bài blog kia đã trở thành động lực để thử sức nghiêm túc, đồng thời kỳ vọng có thể mở rộng sang các mô hình tháo rời ba chiều của nhiều bộ máy đồng hồ khác nhau

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Tôi nghĩ bài viết trên blog của Bartosz Ciechanowski là nội dung hay nhất hiện có thể tìm thấy trên Internet về chủ đề này liên kết
  • Người này cũng đã thực hiện nhiều dự án khác với mức độ chi tiết tương tự liên kết lưu trữ
  • Chủ đề này cũng đã được thảo luận trên Hacker News cách đây 3 năm, nhận hơn 4 nghìn điểm và trở thành bài viết nổi tiếng thứ 8 trong lịch sử, đúng nghĩa là một tác phẩm kinh điển thảo luận liên quan
• Quả là một công trình tuyệt vời. Nó khiến tôi nhớ đến một nghệ sĩ từng bọc các vật thể như máy ảnh trong resin rồi cắt bằng máy cắt tia nước để tạo ra một kiểu ‘exploded view’ độc đáo. Nhưng tôi không tìm được liên kết
  • Fabian Oefner thực sự đã làm một tác phẩm như vậy
• Tôi từng nghĩ nếu có cách điều chỉnh chiết suất của resin thì dây câu cá (phần treo) có thể biến mất hoàn toàn
  • Tôi chưa suy nghĩ nghiêm túc về việc này, nhưng cũng tò mò cần loại phụ gia nào. Tìm kiếm sơ qua thì thấy có khá nhiều nghiên cứu trước đó trong lĩnh vực quang học. Vẫn cảm thấy đây là một hướng có tiềm năng
• Tôi đồng cảm với ý nói rằng nếu không có công cụ hay kinh nghiệm thì rất khó đạt được bề mặt gương hoàn toàn mịn. Trước đây tôi từng làm đế lót ly từ socket CPU LGA, và có thể mài nó thành một khối hộp chữ nhật gần như hoàn hảo chỉ bằng giấy nhám thường, tăng dần độ grit. Tôi đặt giấy nhám lên một bề mặt kính rồi di chuyển qua lại, còn cuối cùng có dùng polishing compound hay không thì tôi không nhớ
  • Việc chà nhám mất rất nhiều thời gian nên tôi ước mình có máy chà nhám quỹ đạo. Cũng cần xử lý đánh bóng bề mặt, và nếu có thời gian lẫn không gian thì tôi muốn dùng nhiều loại máy chà và dụng cụ đánh bóng khác nhau. Có thể xem quy trình này trong video thực tế từ một vendor epoxy đáng tin cậy liên kết video
  • Dán hoặc cố định giấy nhám lên kính bằng băng dính sẽ giúp mài được bề mặt thật sự phẳng. Tôi đã trực tiếp trải nghiệm việc có thể làm dao sắc đến mức nào bằng cách này
• Thật vui khi thấy họ dùng movement PT5000. Đây là một trong những caliber tôi thích. Movement này là bản clone sản xuất tại Trung Quốc của ETA 2824-2, được dùng nhiều trong các mẫu đồng hồ giá rẻ dễ mua trên AliExpress. Bạn có thể mua một chiếc đồng hồ homage Submariner với kính sapphire, vành ceramic, dạ quang, chống nước hoàn toàn cùng các thông số như vậy chỉ với 100 USD, và nó cho độ chính xác gần tương đương đồng hồ Thụy Sĩ (vẫn nằm trong chuẩn COSC). Chiếc tôi từng sở hữu chạy ở mức +5 giây/ngày, và điều đó cho thấy rõ sự phát triển của ngành đồng hồ Trung Quốc
  • Nếu ai có tài nguyên hay mẹo hay khi mua đồng hồ cơ clone trên AliExpress thì rất mong được giới thiệu. Tôi muốn đánh giá đúng hiệu năng trên giá thành trước khi mua
  • Tôi nghĩ kinh nghiệm về kỹ thuật gia công và lắp ráp trong điện tử tiêu dùng đã đóng vai trò lớn trong sự tăng trưởng của thị trường đồng hồ Trung Quốc
  • Thật sự đáng kinh ngạc. Khi không phá hỏng đồng hồ bằng resin, tôi thích thú với thú chơi overhaul đồng hồ, và mục tiêu tiếp theo là học về cơ chế chronograph. Movement ST19 sẽ sớm tới tay tôi; nó cũng rẻ, đáng tin cậy, hoàn toàn cơ khí và dùng cấu trúc column wheel. Xin dành lời khen cho ngành đồng hồ Trung Quốc
• Với một số người, công việc này có cảm giác như một kiểu ‘báng bổ’. Sức hút của những cỗ máy tuyệt vời này không chỉ nằm ở cấu trúc bên trong mà còn ở chỗ chúng hoạt động tốt suốt hàng chục năm, rồi hỏng đi và lại được hồi sinh nhờ sửa chữa — đó mới là phép màu thật sự. Liên kết YouTube Wristwatch Revival. Tôi nhớ hồi nhỏ em trai tôi từng làm đồ thủ công bằng resin để trông như khung cảnh dưới đáy biển. Còn tôi thì quá nóng vội, lúc nào cũng chạm vào trước khi nó đóng rắn hoàn toàn nên luôn thất bại
  • Rất dễ bắt gặp đồng hồ quả quýt được bán ở tiệm đồ cổ với mức giá tương tự. Cũng khá dễ tìm được những chiếc vẫn còn nguyên, chỉ cần vệ sinh và tra dầu là chạy lại. Đồng hồ quả quýt nhiều hơn chủ sở hữu của chúng phải gấp 10 lần, nên rất hữu ích làm vật thực hành. Giá sửa chữa thì cao, nhưng do thiếu thợ lành nghề và công cụ nên nhu cầu lại thấp (bản thân tôi cũng có hai chiếc)
  • Nếu xem nó như một công cụ giáo dục thì có lẽ sẽ càng hữu ích hơn. Thực tế, phiên bản số từng truyền cảm hứng cho dự án này cũng có mục đích giáo dục
  • Phép màu của quá trình sửa chữa rất tuyệt, nhưng việc hiểu được cách cơ chế vận hành cũng thú vị không kém. Bị hấp dẫn bởi cả hai điều đó là hoàn toàn tự nhiên
• Tôi tự hỏi liệu có vật liệu trong suốt nào ở trạng thái gel trước khi đóng rắn hoàn toàn, để có thể dùng tay chỉnh vị trí hay không. Kiểu như treo các bộ phận bằng gel giống in 3D rồi cuối cùng mới để nó cứng hẳn. Nếu resin dùng cho máy in 3D SLA có độ nhớt đủ cao, tôi nghĩ có thể chỉnh đúng vị trí mong muốn rồi chiếu UV để đóng rắn toàn bộ video liên quan
  • Cũng có resin dạng gel, nhưng khó triển khai vì vấn đề bọt khí, và phương pháp phổ biến là đổ khuôn theo nhiều lần chia nhỏ thành từng lớp. Sự khác biệt rất nhỏ về chiết suất khiến đường ranh giới vẫn còn lại, điều này không dễ tránh
  • Nếu vật liệu còn chảy được thì các bộ phận sẽ luôn nổi lên hoặc chìm xuống do lực nổi/mật độ. Cũng có thể nghĩ đến cách cố định tạm bằng các hạt nhỏ có cùng chiết suất, rồi đổ resin phủ toàn bộ để giữ nguyên vị trí. Thực tế đây là cách tương tự vẫn được dùng trong đồ trang trí bể cá video liên quan
• Bartosz, nếu bạn tình cờ thấy bài này, mong bạn hãy liên hệ trực tiếp. Tác phẩm này chỉ có thể thực hiện được nhờ blog của bạn, và tôi muốn gửi cho bạn thành phẩm. Thật đáng khâm phục khi một dự án phụ lại có chất lượng và độ hoàn thiện chi tiết đến mức này
• Phần treo (support) nếu làm bằng vật liệu có cùng chiết suất thì đáng lẽ sẽ không nhìn thấy
  • Nylon và epoxy resin có chiết suất khá gần nhau nhưng không hoàn toàn trùng khớp. Tôi từng thử tự làm các thanh mảnh bằng epoxy thay cho nylon, nhưng không đạt được kết quả mong muốn
• Hình thức của thành phẩm rất ấn tượng. Có lẽ nó cũng sẽ rất được ưa chuộng để trưng bày trong bảo tàng. Ngoài ra, trang ciechanow.ski lúc nào cũng là nguồn cảm hứng lớn