精密的3D列印機械式計算器如何運作

八月 3, 2017
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科塔機械式計算機是機械工程卓越的成就。1940年代開始發展時,這種設備大概是鹽瓶的大小,只要把幾組機械式滑桿跟一個托架架好,便能夠隨著手柄的轉動進行計算;用搖桿就能清除結果,重新設定,讓這個機械裝置用起來非常有趣
這個設備可以做的事情或許令人驚豔,但是它的故事更令人驚奇。這個設備的發明人Curt Herzstark於1943年時被帶到德國的布痕瓦爾德集中營,有傳言說他在發明新的計算機。奇怪的是,發明這種設備是件被鼓勵的事情,可以上獻給希特勒,為德國在第二次世界大戰帶來勝利。雖然這個猜測最後沒有被證實,但是Herzstark在戰後得以把他的發明的原型完成,以自己的名義投入生產。一直到1970年代前,都不斷地演變,直到電子計算機問世。

雖然這臺計算機理應是個「過時」的科技,但它憑著優雅的設計和精緻的機械,仍然有許多死忠粉絲。Marcus Wu對這個設備有無限的尊敬,用3D列印的部件打造了一個3:1比例的科塔機。一開始他是在研究機械式計數器的設計,但卻被以下這個影片吸引。

他深深著迷於這個設備的運作方式,決定要列印一些機械部件來做簡單的示範裝置。當然,他並沒有就此打住,他在YACS(Yes Another Curta Simulator)網站創辦人Olaf的Mura博物館看到展出的原始工程圖後,他知道他必須做出一個完整的裝置。

即使有了原始圖跟3D印表機,要把做出真的可以在現實生活中實際使用的東西非同小可,所有的部件都得用3D建模,然後傳送至印表機,他使用Onshape生產240個列印部件,用來作100個獨立的設計(許多部件需要不只一組)。Thingiverse上面可以找到這些東西。為了讓自己的工作輕鬆一點,他把Cuta的600個部件盡其所能的組合起來,除了他自己列印的部件外,大概還有100個左右非列印的部件,包含滾珠軸承、彈簧、螺絲起子、螺帽等。
圖片

整個計算機製作耗時一個月,他一邊組裝一邊檢查公差。光是列印的時間就超過九天,把所有的部件裝起來,做成一個精確的儀器更需要花相當多的心力,他花了整整一年才完成科塔機的模型,包含加強各個部件的強度,把彈簧排好,以及研究要在哪裡加潤滑劑。經歷整個過程後,他現在可以在幾個小時內遍完成拆解再重組的動作。

但是讓這個設備看起來獨樹一格的其實不是這些打造的過程,而是最後的上漆。Wu用Cricut切割機製作轉度盤上的數字的模板,所有細節都非常精緻,他在imgur寫道:「我把模板慢慢拿開,數字就浮現了,每一次都像變魔術一般。」

為了要讓外觀看起來光滑,他先用Bondo上色,然後再磨砂去光。經過一翻上色和磨砂後,他的模型幾乎和真品一模一樣。圖片裡看不出來,但在真實生活中非常的巨大,一下就露出馬腳!
他說學習如何上色是整個過程中最難的其中一個部分,不過他還是沉著地面對這個難題。他還提到手工把所有的部件組在一起也很困難,以及什麼時候該停下來,看看他目前的成果和需要改進的地方,找其他的解決方法。

Wu表示他對結果感到「非常滿意」,他也沒有找到任何因為磨損而產生的問題,不過他說他應該不會用這個方法做一個1:1比例的科塔機,因為塑膠部件應該沒有辦法組成那個大小。不過他仍想學如何製作跟使用一個正常大小的設備。

如果你想看Wu怎麼把部件裝起來跟使用,看看下面這個影片:

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