Đồng hồ cơ: nhìn từ trạng thái tháo rời
(fellerts.no)- Lấy cảm hứng từ bài viết của Bartosz Ciechanowski về bộ máy đồng hồ cơ và sơ đồ tháo rời tương tác, đây là một dự án chuyển cấu trúc trên màn hình thành một vật trưng bày tháo rời thực tế có thể cầm trên tay
- Mục tiêu không phải là trang trí bằng các linh kiện đơn lẻ hay đúc phẳng, mà là treo các bộ phận trong không gian 3D theo đúng quan hệ lắp ráp thực tế
- Resin UV và đúc theo từng lớp có nhiều hạn chế do ngả vàng, đóng rắn chậm, ranh giới giữa các lớp, bọt khí và co ngót, nên cuối cùng chuyển sang phương pháp đúc toàn bộ mô hình trong một lần
- Quy trình cuối cùng là cố định khoảng 50–100 linh kiện nhỏ bằng dây câu monofilament 0,7mm và keo CA, sau đó dùng buồng chân không để khử bọt khí rồi đưa vào resin epoxy trong suốt
- Dự án cũng áp dụng đến cả bộ máy đồng hồ đeo tay dựa trên PT5000, cải thiện các vấn đề bảo vệ bề mặt sơn, kích thước khuôn và căn chỉnh; toàn bộ thử nghiệm kéo dài khoảng 2,5 năm
Chuyển sơ đồ tháo rời tương tác thành vật thể thực
- Dự án bắt đầu từ sơ đồ tháo rời tương tác trong bài giải thích về bộ máy đồng hồ cơ của Bartosz Ciechanowski
- Minh họa đó trải bộ máy cơ đang hoạt động ra ở trạng thái tháo rời, cho phép quan sát mọi linh kiện từ nhiều góc độ
- Mục tiêu là hiện thực hóa sơ đồ tháo rời trên màn hình thành một mô hình tháo rời đồng hồ cơ có thể cầm trên tay
- Các ví dụ hiện có trên eBay nhìn chung đi theo hướng khác
- Nghệ thuật steampunk với các linh kiện đồng hồ ngẫu nhiên đặt trong khối resin
- Đúc resin kiểu “buffet”, trải các linh kiện trên một mặt phẳng
- Rất khó tìm thấy cấu trúc tháo rời 3D giữ đúng trình tự lắp ráp và quan hệ không gian thực tế
Nên dùng bộ máy nào
- Bài viết của Bartosz Ciechanowski có vẻ dựa trên ETA caliber 2824-2 hoặc một bộ máy clone như PT5000 của Trung Quốc
- ETA 2824-2 là bộ máy đồng hồ đeo tay lên dây tự động phổ biến, nhưng rất nhỏ và có nhiều linh kiện nên không phù hợp cho nguyên mẫu ban đầu
- Với các thử nghiệm ban đầu, bộ máy đồng hồ bỏ túi phù hợp hơn
- Thường không có chức năng ngày
- Không tự động lên dây
- Nhiều bộ cũng không có kim giây trung tâm
- Có lý do khiến người mới học sửa đồng hồ dùng chúng để luyện tập
- Các bộ máy đồng hồ bỏ túi đầu thế kỷ 20 có trang trí thủ công có thể mua rẻ trên eBay; ví dụ đã dùng một bộ máy đầu những năm 1900 giá $20
Thất bại của đúc resin theo từng lớp
- Cách tiếp cận đầu tiên là chia linh kiện thành nhiều lớp, đặt vào resin epoxy trong suốt, rồi sau khi mỗi lớp đóng rắn thì xếp lớp tiếp theo lên
- Resin đóng rắn bằng UV có ba vấn đề lớn
- Sau khi đóng rắn xuất hiện sắc vàng mạnh
- Với đèn pin UV yếu, ngay cả độ sâu 1mm cũng mất nhiều thời gian để đóng rắn
- Ranh giới giữa các lớp hiện rõ
- Trong nghệ thuật resin, người ta giảm ranh giới bằng cách đổ lớp tiếp theo trước khi lớp trước đóng rắn hoàn toàn, nhưng resin UV đóng rắn từ ngoài vào trong nên cần dùng epoxy hai thành phần thông thường
- Bộ máy đồng hồ bỏ túi cần khoảng 20 lớp, nên cũng đã thử đúc đồng thời tất cả các lớp thành các đĩa mỏng rồi xếp chúng khi còn bán đóng rắn
- Cách dùng khuôn silicone và đĩa resin giúp giảm vấn đề ngả vàng và tốc độ đóng rắn, nhưng không phù hợp làm phương pháp cuối cùng do ranh giới lớp, bọt khí, resin chảy và đĩa bán đóng rắn bị võng
Cố định linh kiện lơ lửng bằng dây câu
- Để đúc toàn bộ mô hình trong một lần, từng linh kiện phải được cố định thật chắc ở đúng vị trí trong lúc đổ resin
- Vật liệu đỡ được chọn là dây leader nylon monofilament dùng trong câu cá bằng mồi giả
- Có nhiều độ dày
- Có chiết suất gần giống resin epoxy
- Giá rẻ
- Dây câu còn nhớ hình dạng cuộn nên hơi cong; tác giả móc lặp lại dây lên khay nướng trong lò và nung ở 150°C khoảng 1 giờ để dây thẳng và cứng hơn
- Quá trình lắp ráp khá giống lắp đồng hồ
- Dùng đầu ghim lấy một lượng keo CA cực nhỏ bôi lên linh kiện
- Động tác này giống cách tra dầu lên mặt ổ trục và chân kính trong sửa đồng hồ
- Tuy nhiên, keo CA có tính chất hoàn toàn trái ngược với chất bôi trơn
- Dùng nhíp tự đóng và kẹp phụ để dựng mô hình tháo rời của một bộ máy đồng hồ phế liệu
Quy trình đúc resin tại nhà
- Nhiều loại resin epoxy trong suốt đều khá trong, nhưng khác nhau về độ nhớt, thời gian đóng rắn và mức độ giữ bọt khí khi trộn
- Để có vật đúc trong suốt hoàn toàn, cần dùng buồng chân không để hút không khí ra, hoặc dùng buồng áp suất để nén bọt khí
- Phương pháp được chọn là bơm chân không
- Không cần để vật đúc trong buồng trong suốt thời gian đóng rắn
- Hữu ích để rút không khí bị kẹt trong các khoảng trống quanh bộ máy
- Quy trình sử dụng như sau
- Chuẩn bị resin A/B nhiều hơn thể tích khuôn 10–15%
- Trộn 3 phút
- Chuyển sang một cốc khác để tránh phần resin chưa trộn dính trên thành
- Dùng que mới trộn thêm 3 phút
- Giữ 30 phút ở chân không khoảng -0,96bar
- Vì bọt có thể trào ra, lặp lại việc hút chân không và cho không khí vào để làm vỡ bọt
- Đổ vào khuôn rồi xử lý chân không lần nữa
Nguyên mẫu 1: giới hạn của đúc hình trụ
- Lần đúc đầu tiên có triển vọng được thực hiện trong ống thủy tinh borosilicate
- Ở bước này xác nhận được ba điều
- Dây câu đôi khi thấy được dưới một số ánh sáng nhất định trong thành phẩm, nhưng nhìn chung gần như vô hình
- Thử nghiệm này chưa xác nhận được liệu keo CA có ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn của resin hay không
- Vật đúc hình trụ làm ánh sáng bị khúc xạ ở bề mặt cong, khiến khó hiểu cấu trúc bên trong
- Kết luận là nên đúc theo dạng khối lập phương thay vì hình trụ
- Sau đó hình trụ bị nứt do resin co ngót, và dự án chuyển sang nguyên mẫu tiếp theo
Nguyên mẫu 2: chuẩn hóa quy trình và các điểm cần cải thiện
- Ở nguyên mẫu thứ hai, một quy trình có cấu trúc hơn được sử dụng
-
Tháo rời và vệ sinh
- Bắt đầu từ một bộ máy đã tháo rời sạch sẽ
- Lắp train bánh răng cùng với cầu máy, rồi nhỏ một lượng keo CA nhỏ vào pinion để cố định
- Dùng kim có phần dẹt để chuyển các giọt keo nhỏ, để hiệu ứng mao dẫn kéo keo thấm vào giữa các bộ phận
- Keo CA càng không dùng quá nhiều thì độ bám càng mạnh, và đóng rắn trong khoảng 30 giây ngay cả khi không có chất kích hoạt
-
Lắp ráp phía train bánh răng
- Bắt đầu từ phía thợ đồng hồ, nơi có độ phức tạp cao
- Gắn dây câu dài vào đầu vít của cầu máy, treo cầu máy phía trên mainplate rồi căn vị trí qua các lỗ vít
- Các cụm con như keyless work, motion work và cụm balance được làm riêng rồi cố định như một khối
-
Lắp ráp phía mặt số và khuôn
- Lật chi tiết đang làm rồi lắp phía mặt số theo cùng cách
- Mainplate được treo lên que gỗ bằng sợi nylon trong suốt mảnh để lơ lửng trên khuôn
- Cắt tấm acrylic dày 2mm kích thước 20×30cm thành các hình chữ nhật 7×10cm để làm khuôn, rồi dán băng khuôn không dính epoxy
- Nguyên mẫu 2 cho thấy tính khả thi, nhưng vẫn còn các điểm cần cải thiện tiếp
- Khó kiểm soát khoảng cách giữa các cụm con và mainplate
- Resin co ngót nhiều khi đóng rắn và có khả năng bị quá nhiệt
- Khó nhìn rõ khoảng cách giữa các linh kiện, nên mô hình tiếp theo cần tháo tách rộng hơn
- Thời gian trên kim đồng hồ không hợp lý; đặt về 10:10 sẽ tốt hơn
Nguyên mẫu 3: độ chính xác và cách thể hiện bánh xe cân bằng
- Ở vòng lặp thứ ba, một lab jack kiểu kéo cắt nhỏ được dùng cùng kẹp phụ để căn linh kiện chính xác hơn và vuông góc hơn
- Đầu nhíp tự đóng được gắn nam châm nhỏ để giữ rất nhẹ các con vít cực nhỏ
- Trong đồng hồ cơ, từ tính có thể gây sai số thời gian, nhưng mô hình này không cần hoạt động nên không thành vấn đề
- Chất kích hoạt CA cũng được sử dụng
- Vì phun trực tiếp sẽ làm bẩn, tác giả xịt vào một hộp có nắp rồi dùng nhíp chuyển các giọt nhỏ
- Cách hiệu quả là bôi keo CA lên một mặt, chất kích hoạt lên mặt kia, rồi nhanh chóng ghép lại
- Bánh xe cân bằng được đúc ở trạng thái treo trên hairspring
- Bánh xe cân bằng giải phóng năng lượng từ dây cót ở cuối train bánh răng 18.000 lần mỗi giờ
- Cụm balance là trái tim của bộ máy và cũng là bộ phận tinh tế nhất
- Để thể hiện hình dạng hairspring, bánh xe cân bằng được treo tự do; vì vậy phải đúc toàn bộ cụm lắp ráp ở tư thế lộn ngược
Nguyên mẫu 4: bộ máy đồng hồ đeo tay PT5000
- Nguyên mẫu thứ tư dùng bộ máy đồng hồ đeo tay thuộc họ ETA 2824 như trong bài viết của Bartosz
- Thay vì chi €300 cho ETA 2824 chính hãng, tác giả dùng clone PT5000 của Trung Quốc
- PT5000 đến từ Trung Quốc trong tình trạng hoạt động tốt, độ lệch giữa vị trí ngang và dọc nhỏ, biên độ cũng tốt
- Ấn tượng xấu đi trong quá trình vệ sinh trước khi tháo rời
- Bộ máy bị thấm dầu rất nhiều
- Nhiều cầu máy có ba via sắc và rơi ra trong lúc vệ sinh
- Không có linh kiện nào bị hỏng
- Đánh giá đây là bộ máy cần được bảo dưỡng đúng cách trước khi dùng thực tế
- Các linh kiện nhỏ dễ xử lý hơn lo ngại, và dây câu nylon 0,7mm lọt vào hầu hết lỗ vít
- Bộ phận cần đặc biệt chú ý là lò xo chống sốc balance, có nhiệm vụ bảo vệ trục balance staff khỏi va đập
- Đây là bộ phận thường không có trên đồng hồ bỏ túi đời cũ
- Đặt lò xo chống sốc phẳng trên silicone rồi nhỏ một giọt keo CA để lấp đầy đĩa bên trong
- Sau khi đóng rắn có thể nhấc lò xo lên với phần bên trong trong suốt
- Đây là kỹ thuật giống cách phủ vật liệu dạ quang lên kim đồng hồ
- Lắp ráp diễn ra suôn sẻ nhưng phần đúc gần như thất bại
- Khuôn hơi quá lớn để đưa vào buồng chân không một cách thoải mái
- Trong lúc vội sửa cấu trúc đỡ, mô hình bị lệch
- Resin làm tan sơn trên vòng hiển thị ngày, tạo ra các vệt trắng đục
- Việc tháo rời PT5000, vệ sinh và lắp thành sơ đồ tháo rời mất khoảng 18 giờ; nếu cải thiện quy trình có thể rút xuống dưới 15 giờ
Mô hình đồng hồ đeo tay cuối cùng
- Sau nguyên mẫu thứ tư, những việc còn lại là niêm kín bề mặt sơn và ghi nhớ giới hạn kích thước của buồng chân không
- Tác giả mua thêm một chiếc đồng hồ hoàn chỉnh dùng PT5000, kèm vỏ và dây kim loại, để thử nghiệm bảo vệ bề mặt sơn
- Các phương pháp thất bại gồm
- Keo CA làm tan sơn giống như resin epoxy
- Keo CA đóng rắn bằng UV không đóng rắn trên lớp sơn
- Resin epoxy đóng rắn bằng UV cũng vậy
- Sơn lacquer trong suốt dạng xịt mua ở cửa hàng vật liệu không làm tan sơn
- Nó ngả vàng trong lần đúc cuối, nhưng kết quả vẫn chấp nhận được
- Một đồ gá tốt hơn cũng được chế tạo để cắt dây câu có cùng chiều dài và đầu cắt vuông góc
- Trong lần lắp ráp cuối, tác giả lắp phía thợ đồng hồ của bộ máy, cố định vào vỏ, rồi dùng ống giấy cứng giữ bán thành phẩm lơ lửng trong khi tiếp tục làm phía mặt số
- Cụm lắp ráp hoàn chỉnh quá yếu để có thể để nguyên, nên được hoàn thiện bằng đúc resin
Kết quả cuối cùng và phần còn để ngỏ
- Dù không có dụng cụ hay kiến thức để chà nhám đến bề mặt bóng như gương hoàn toàn, lần đúc cuối đã đạt mục tiêu ban đầu: một vật trưng bày tháo rời của đồng hồ cơ thật có thể cầm trên tay
- Toàn bộ quá trình kéo dài khoảng 2,5 năm, và thành phẩm là một kết quả khó ghi lại bằng ảnh
- Vì vẫn còn những bộ máy đồng hồ đeo tay phức tạp hơn, có khả năng công việc này sẽ tiếp tục
- Nếu không có bài viết blog của Bartosz Ciechanowski, dự án này đã không bắt đầu, và tác giả muốn gửi bản đúc cuối cùng cho ông
1 bình luận
Các bình luận trên Hacker News
Rất vui khi thấy tác giả dùng PT5000, một trong những movement tôi thích
Như bài viết nói, nó là bản clone Trung Quốc của ETA 2824-2 phổ biến, và được dùng nhiều trong các đồng hồ giá rẻ bán trên AliExpress. Bạn có thể mua một chiếc homage Submariner có kính sapphire, bezel gốm, dạ quang và chống nước hoàn toàn với giá 100 đô la, mà độ chính xác thời gian vẫn nằm trong chuẩn COSC như đồng hồ Thụy Sĩ. Trước khi tôi bán nó đi, nó chạy ở mức +5 giây/ngày, và ngành công nghiệp đồng hồ Trung Quốc thực sự rất đáng xem
Tôi đang chờ một movement ST19 được gửi tới; nó cũng là một chronograph cơ hoàn toàn dùng column wheel, giá rất hợp lý và đáng tin cậy. Khiến tôi phải nể Trung Quốc
Có lẽ bạn đã nghĩ tới rồi, nhưng nếu có cách thay đổi chiết suất của resin thì có thể làm dây câu biến mất hoàn toàn
Sửa: tìm nhanh thì thấy trong lĩnh vực quang học đã có khá nhiều tiền lệ. Chết thật, có khi chuyện này vẫn chưa kết thúc
Tôi thích sự tinh tế ở cuối bài: “Bartosz, nếu bạn đang đọc bài này, hãy liên hệ với tôi. Tôi sẽ gửi cho bạn bản đúc cuối cùng. Nếu không có bài viết trên blog của bạn, dự án này đã không bắt đầu.” Và mức độ hoàn thiện của sản phẩm phụ từ side project này cũng rất ấn tượng
Tôi cũng từng làm đúc resin và bị một “gờ môi” tương tự ở mép. Tôi đã làm một socket CPU LGA thành đế lót cốc, và có thể mài nó khá dễ bằng giấy nhám thường với độ hạt ngày càng mịn, để tạo ra một khối hộp chữ nhật gần như hoàn hảo
Độ phẳng đạt được bằng cách dán giấy nhám lên một bề mặt phẳng rồi di chuyển món đồ trên đó. Chuyện đã lâu nên tôi không nhớ rõ cuối cùng có dùng hợp chất đánh bóng không, hay chỉ giấy nhám đã cho bề mặt đủ đẹp rồi
Sau đó còn phải làm bóng bề mặt nữa, hoặc là rất nhiều công thủ công, hoặc cần dụng cụ mài/đánh bóng. Nếu có xưởng để đặt dụng cụ và bụi bặm thì tôi sẽ thử, nhưng hiện giờ tôi đang làm trong phòng khách của một căn hộ nhỏ
Quy trình do một nhà bán epoxy đáng tin cậy giải thích ở đây: https://www.youtube.com/watch?v=9-WYOK90KNo
Nguồn: dùng cách này có thể mài dao sắc đến mức thật sự phi lý
Tuyệt. Nó làm tôi nhớ đến một nghệ sĩ từng đặt các vật như máy ảnh vào resin rồi cắt bằng máy cắt tia nước, để trông như một phiên bản khác của hình bung tách lớp. Tôi không tìm được liên kết
Tác giả tạo mặt cắt của nhiều linh kiện điện tử, và với những món tinh vi hơn thì trước tiên đúc chúng trong resin. Quá trình chế tác cũng tuyệt như kết quả cuối cùng
Một phần trong tôi muốn cảm thấy đây là sự báng bổ. Những thứ này là các cỗ máy đáng kinh ngạc, và phép màu không chỉ nằm ở việc nhìn thấy nguyên lý hoạt động, mà còn ở việc chúng tiếp tục chạy ổn định suốt nhiều thập kỷ, rồi khi hỏng lại được sửa sống dậy ở những nơi như https://www.youtube.com/@WristwatchRevival
Dù vậy, thứ này thật sự rất ngầu. Hồi nhỏ, anh chị em của tôi hay làm những mảnh resin nhỏ trông như cảnh dưới biển, với cát, vỏ sò và cây nhỏ bên trong. Tôi cũng nhiều lần thử theo sở thích đó, nhưng lúc nào cũng quá nóng vội nên sản phẩm cuối cùng đầy dấu vân tay trước khi kịp đông cứng
Số đồng hồ bỏ túi nhiều gấp 10 lần số chủ sở hữu quan tâm. Chúng đúng là những cỗ máy đáng kinh ngạc, nhưng công dụng lớn nhất là làm vật liệu luyện tập cho thợ sửa đồng hồ học việc
Chi phí sửa chữa đắt vì có ít người có kỹ năng và dụng cụ, mà nhu cầu cũng rất thấp. Tôi cũng có hai chiếc
Không có vật liệu trong suốt nào trước khi đông cứng thì ở dạng gel một thời gian rồi mới thành rắn sao? Như vậy có thể treo các bộ phận trong đó và dùng tay đẩy nhẹ để đặt vào vị trí cuối cùng
Giống máy in 3D dùng gel suspension, nhưng thay vì rửa gel đi ở cuối thì nó sẽ đông cứng lại. https://www.youtube.com/watch?v=swB5-GzX3nQ
Tôi không biết độ nhớt của resin cho máy in 3D SLA là bao nhiêu, nhưng nếu có thể làm nó đủ sệt, có lẽ có thể để các bộ phận lơ lửng trong đó, chỉnh vị trí tùy ý, rồi chiếu đủ tia UV lên toàn bộ để đóng rắn một lần
Đúc theo từng lớp là cách phổ biến nhất, nhưng như bài viết nói, rất khó tránh các bất liên tục rất nhỏ về chiết suất
Tuy nhiên, có thể dùng những viên bi có cùng chiết suất, rồi đổ resin sau khi mọi thứ đã nằm đúng vị trí. Ít nhất trong nước tôi từng thấy người ta dùng cách trang trí như vậy
Một video ngẫu nhiên để minh họa ý tôi: https://www.youtube.com/shorts/LuTlY6DkHQw
Thành quả thật sự rất đẹp. Tôi nghĩ có lẽ cũng sẽ có bảo tàng muốn trưng bày thứ như thế này
Và https://ciechanow.ski/ tự thân nó đã là một nguồn cảm hứng khổng lồ
Nếu giá đỡ có cùng chiết suất thì nó sẽ không nhìn thấy được