मैकेनिकल घड़ी: विस्फोटित रूप

• मैकेनिकल घड़ी के मूवमेंट के पुर्ज़ों को अलग करके त्रि-आयामी रूप में प्रदर्शित करने वाले मॉडल की निर्माण प्रक्रिया को दर्ज करने वाला लेख
• पहले वास्तविक असेंबली क्रम और स्थानिक व्यवस्था को बनाए रखने वाली ऐसी विस्फोटित प्रदर्शनी वस्तु बाज़ार में मिलना मुश्किल था
• कई बार रेज़िन (epoxy) का उपयोग करके प्रयास किए गए, लेकिन हर परत में अपवर्तनांक और बुलबुलों की समस्या आई
• फिशिंग लाइन (monofilament) का उपयोग करके पुर्ज़ों को थामना और पूरे मॉडल में रेज़िन एक ही बार में भरना अंततः अंतिम समाधान बना
• कई prototype प्रयासों के बाद, सटीक position control और surface coating जैसी सुधारों से उच्च गुणवत्ता वाला परिणाम मिला

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शुरुआत

• मई 2022 में Bartosz Ciechanowski के ब्लॉग पोस्ट के माध्यम से मैकेनिकल घड़ी के मूवमेंट के काम करने के सिद्धांत से परिचय होने के अनुभव से यह शुरुआत हुई
• उस लेख में interactive illustration के जरिए घड़ी के मूवमेंट के हर पुर्ज़े की संरचना को दृश्य रूप से "अलग" करके घुमाकर देखने की सुविधा विशेष रूप से प्रभावशाली थी
• ऐसी online visualization से अलग, अगर कोई अलग किया गया घड़ी मॉडल सचमुच हाथ में पकड़कर देख सके तो कैसा होगा, इस लंबे समय से चली आ रही जिज्ञासा ने इस चुनौती को जन्म दिया

वास्तविक विस्फोटित मॉडल मिल नहीं सका

• बाज़ार में घड़ी के पुर्ज़ों को रेज़िन ब्लॉक में मनमाने ढंग से सजाने वाली steampunk art वस्तुएँ कभी-कभी बिकती हैं, लेकिन उनका वास्तविक मूवमेंट संरचना से बहुत कम संबंध होता है
• रेज़िन में पुर्ज़ों को फैलाकर रखा गया "buffet style" प्रदर्शन भी मिलता है, लेकिन उसमें वांछित त्रि-आयामी assembly क्रम और दूरी बनाए नहीं रखी जा सकती
• मूवमेंट के सभी पुर्ज़ों को सही positional relation के साथ "exploded" रूप में फैलाकर स्थिर करना बेहद झंझटभरा काम है
• घड़ी असेंबली का अनुभव रखने वाले व्यक्ति (watchmaker) के अलावा किसी और के लिए इसे ठीक से बनाना कठिन होने का यही कारण है

इसे कैसे बनाया जाए?

• Bartosz Ciechanowski के ब्लॉग में संदर्भित ETA 2824-2 movement में बहुत अधिक सूक्ष्म पुर्ज़े हैं, इसलिए वह prototype के लिए उपयुक्त नहीं था
• pocket watch movement में पुर्ज़ों की संख्या कम और संरचना सरल होती है, इसलिए शुरुआती प्रयोगों के लिए वह बेहतर रहा
• विभिन्न vintage pocket watch movement सेकंड-हैंड बाज़ार में सस्ते में मिल जाते हैं, और वे शुरुआती watchmaker के अभ्यास के लिए भी उपयोगी होते हैं

रेज़िन layered casting का प्रयास

• चूँकि वास्तविक मॉडल हाथ में पकड़ने लायक मज़बूत होना चाहिए, इसलिए पारदर्शी epoxy रेज़िन में पुर्ज़ों को परत-दर-परत embed करने की रणनीति बनाई गई
• हर layer के cure होने के बाद अगली layer डालने पर परतों की सीमाएँ साफ़ दिखती रहीं, और पीला पड़ना तथा curing time की समस्या भी आई
• परतों के बीच refractive index के अंतर से दृश्य रूप अटपटा लगता था, और आधा-cured रेज़िन को संभालना कठिन था तथा उसमें बहुत बुलबुले बनते थे
• हर layer को अलग बनाकर फिर उन्हें stack करने का तरीका समय और मेहनत बहुत ज़्यादा मांगता था, इसलिए इसे छोड़ दिया गया

फिशिंग लाइन से पुर्ज़ों का suspension

• पारदर्शी plastic rod की जगह monofilament फिशिंग लाइन (fly fishing के लिए इस्तेमाल होने वाली) चुनी गई, क्योंकि उसका refractive index epoxy रेज़िन के करीब था और इसलिए वह कम दिखाई देती थी
• फिशिंग लाइन लिपटी हुई होने के कारण अपनी पुरानी आकृति याद रखती है, इसलिए उच्च तापमान वाले oven में बार-बार खींचकर उसे सीधा करने का काम किया गया
• tweezers, pins और instant adhesive (CA glue) की मदद से पुर्ज़ों और फिशिंग लाइन को बहुत सटीकता से जोड़ना पड़ा

घरेलू epoxy रेज़िन casting

• कई प्रकार की पारदर्शी epoxy रेज़िन आज़माई गईं, और मूल transparency अच्छी होने के बावजूद viscosity, curing time और bubble formation की विशेषताएँ अलग-अलग थीं
• पूरी transparency पाने के लिए vacuum chamber का उपयोग कर बुलबुले निकालने की विधि अपनाई गई
• रेज़िन को मिलाना, vacuum treatment देना, mold में भरना और फिर दोबारा vacuum करना—यह प्रक्रिया क्रम से की गई

पहले prototype के प्रयोग के नतीजे

• यह पता चला कि cylindrical mold में अंदरूनी संरचना समझना कठिन होता है, इसलिए cube-shaped mold अधिक उपयुक्त है
• फिशिंग लाइन लगभग दिखाई नहीं देती थी, और instant adhesive तथा रेज़िन के बीच किसी विशेष interference की समस्या नहीं मिली
• curing प्रक्रिया के दौरान रेज़िन के सिकुड़ने से cylinder के टूटने की समस्या हुई

दूसरा prototype और assembly विधि में सुधार

disassembly और cleaning

• watch movement को पूरी तरह खोला गया, साफ़ किया गया, और फिर बहुत बारीक adhesive assembly की गई
• tweezers, instant adhesive और फिशिंग लाइन काटने के jig का उपयोग करके पुर्ज़ों की स्थिति को सटीक रूप से मिलाया गया

ट्रेन व्हील साइड की assembly

• मूवमेंट के अधिक जटिल train wheel वाले हिस्से से काम शुरू किया गया, और मुख्य bridge जैसे पुर्ज़ों को फिशिंग लाइन को screw से जोड़कर align किया गया
• छोटे पुर्ज़ों को अलग फिशिंग लाइन के cross-section पर चिपकाकर खड़ा रखा गया

डायल साइड की ओर flip करके assembly

• तैयार half-assembly को पकड़ने के लिए एक auxiliary jig बनाया गया, जिससे दूसरी तरफ़ का काम भी स्थिरता से किया जा सके

mold और रेज़िन की तैयारी

• acrylic sheet, epoxy-resistant tape और structural adhesive आदि से cube-shaped mold बनाया गया
• prototype के नतीजों से यह सामने आया कि अधिक सटीक height control, अधिक नाटकीय exploded arrangement, और आसान part alignment अगले सुधार बिंदु होंगे

तीसरा prototype: सूक्ष्म position control

• scissor lift (lab jack), magnet-assisted tweezers आदि से fine adjustment की precision बेहतर की गई
• instant adhesive accelerator को drop tool से बहुत बारीकी से लगाकर bonding efficiency बढ़ाई गई
• balance wheel और hairspring को स्वाभाविक रूप से फैलाकर घड़ी के दिल को दृश्य रूप से उभारा गया
• पूरी assembly संरचना के कारण उल्टा casting किया गया ताकि पुर्ज़े सही ढंग से लटके रहें

चौथा prototype: ETA-2824 / PT5000 movement

• अंतिम लक्ष्य ETA 2824 movement (PT5000 compatible model) पर प्रयोग किया गया
• पुर्ज़ों के छोटे होने, oil और finishing defects, paint damage जैसी कठिनाइयाँ आईं, लेकिन मूल assembly process को वैसे ही लागू किया जा सका
• shock protection spring, balance assembly जैसे संवेदनशील पुर्ज़ों का suspension अलग तकनीकी कौशल से किया गया
• mold के आकार की सीमा आदि के कारण assembly का कोण असामान्य रूप से बदल गया, और रेज़िन के कारण paint हट जाने जैसी गलतियाँ भी हुईं, फिर भी लगभग 18 घंटे लगाकर परिणाम तैयार किया गया

तैयार उत्पाद और paint का संरक्षण

• epoxy और instant adhesive paint को घोल देते हैं—यह पता चलने के बाद lacquer spray coating को अंतिम समाधान के रूप में अपनाया गया
• फिशिंग लाइन काटने के jig और assembly के सहायक tools विकसित करके दोहराव वाली production efficiency बेहतर हुई
• assembly, painting और final assembly के हर चरण को विस्तार से पूरा किया गया

अंतिम परिणाम और अनुभव

• पूरी तरह perfect surface finish पाना कठिन है, लेकिन 2.5 साल की कोशिशों के बाद मनचाही संरचना को हाथ में लेने का अनुभव मिला
• यह भी रेखांकित किया गया कि एक ब्लॉग पोस्ट ने इस चुनौती को गंभीरता से लेने की प्रेरणा दी, और आगे चलकर विभिन्न घड़ी मूवमेंट के त्रि-आयामी exploded मॉडल तक विस्तार की संभावना है

[GN⁺]

Hacker News राय

• मुझे लगता है कि Bartosz Ciechanowski का यह ब्लॉग पोस्ट इस समय इंटरनेट पर मिलने वाला सबसे बेहतरीन कंटेंट है लिंक
  • इन्होंने इसी स्तर की डिटेल के साथ कई और प्रोजेक्ट भी किए हैं archive लिंक
  • इस विषय पर 3 साल पहले भी Hacker News में चर्चा हुई थी, और उसे 4 हज़ार से ज़्यादा पॉइंट मिले थे, जिससे वह इतिहास की 8वीं सबसे लोकप्रिय पोस्ट बन गई — सचमुच एक क्लासिक संबंधित चर्चा
• यह सच में बहुत शानदार काम है। इससे मुझे एक कलाकार की याद आई जिसने कैमरा जैसी वस्तुओं को resin में encapsulate करने के बाद waterjet cutter से काटकर एक अलग तरह का ‘exploded view’ बनाया था। लेकिन मुझे उसका लिंक नहीं मिल पा रहा
  • Fabian Oefner ने वास्तव में ऐसा काम किया है
• मैंने सोचा कि अगर resin का refractive index एडजस्ट करने का कोई तरीका हो, तो fishing line (suspension) पूरी तरह गायब हो सकती है
  • मैंने इस पर गंभीरता से विचार नहीं किया, लेकिन यह जानने की जिज्ञासा है कि किस तरह के additives चाहिए होंगे। खोजने पर दिखा कि optics क्षेत्र में इस पर काफ़ी prior research मौजूद है। फिर भी यह अब भी संभावनाओं वाला विषय लगता है
• इस बात से सहमति है कि tools या अनुभव के बिना पूरी तरह smooth mirror finish पाना कठिन है। मैंने पहले एक LGA CPU socket को coaster बनाया था, और सामान्य sandpaper से धीरे-धीरे ऊँचे grit तक sanding करके लगभग परफेक्ट rectangular prism आकार बना लिया था। मैंने sandpaper को glass surface पर चिपकाकर उस पर चलाया था, और अंत में polishing compound इस्तेमाल किया था या नहीं, यह याद नहीं
  • sanding का काम बहुत समय लेता है और थका देता है, इसलिए काश मेरे पास orbital sander होता। surface finishing का काम भी ज़रूरी है, और अगर समय व जगह हो तो मैं अलग-अलग sanders और polishing tools इस्तेमाल करना चाहूँगा। एक भरोसेमंद epoxy vendor के असली वीडियो में यह प्रक्रिया देखी जा सकती है वीडियो लिंक
  • अगर आप sandpaper को glass पर चिपका दें या tape से फिक्स कर दें, तो सच में बहुत सपाट surface finishing की जा सकती है। मैंने खुद अनुभव किया है कि इस तरीके से चाकू को कितना तेज़ बनाया जा सकता है
• यह देखकर अच्छा लगा कि इसमें PT5000 movement इस्तेमाल किया गया। यह मेरे पसंदीदा calibers में से एक है। यह movement, ETA 2824-2 का चीनी clone है, और AliExpress पर सस्ती घड़ियों में काफ़ी इस्तेमाल होता है। sapphire crystal, ceramic bezel, lume, पूरी water resistance जैसी specs वाला Submariner homage watch आप 100 डॉलर में ले सकते हैं, और यह movement Swiss watches जैसी accuracy देता है (मेरा वाला COSC spec के भीतर चलता था)। मेरे पास पहले जो घड़ी थी वह +5 सेकंड/दिन चलती थी, और इससे चीनी watch industry की प्रगति साफ़ दिखती है
  • अगर AliExpress से mechanical watch clones खरीदने के लिए कोई अच्छा resource या tips हों, तो मैं उन्हें जानना चाहूँगा। खरीदने से पहले value for money समझना चाहता हूँ
  • मुझे लगता है कि consumer electronics की machining और assembly तकनीकों का अनुभव चीनी watch market की वृद्धि में बड़ा कारक रहा है
  • यह सच में हैरान करने वाली बात है। जब मैं resin से घड़ियाँ बर्बाद नहीं कर रहा होता, तब watch overhaul को hobby की तरह करता हूँ, और अगला लक्ष्य chronograph mechanism सीखना है। एक ST19 movement जल्द आने वाला है, और यह भी सस्ता, भरोसेमंद, पूरी तरह mechanical, और column wheel architecture वाला है। चीनी watch industry के लिए ज़ोरदार तालियाँ
• कुछ लोगों को यह काम एक तरह की ‘धर्मनिंदा’ जैसा लग सकता है। ऐसी अद्भुत मशीनों का आकर्षण सिर्फ़ उनकी internal structure में नहीं, बल्कि इस बात में भी है कि वे दशकों तक सही चलती रहती हैं, और खराब होने के बाद repair से फिर ज़िंदा हो उठती हैं — वही असली जादू है। Wristwatch Revival YouTube लिंक. मुझे बचपन की याद है जब मेरी बहन resin projects से समुद्र के नीचे जैसा दिखने वाला सजावटी सामान बनाती थी। मैं अधीर था, इसलिए पूरी तरह cure होने से पहले ही छू देता था और हमेशा उसे खराब कर देता था
  • antique shops में pocket watches अक्सर इसी कीमत के आसपास बिकती दिख जाती हैं। पूरी तरह जीवित लेकिन सिर्फ़ cleaning और oiling से फिर चलने लगने वाले pieces ढूँढना काफ़ी आसान है। मालिकों की तुलना में pocket watches लगभग 10 गुना ज़्यादा हैं, इसलिए practice material के तौर पर उपयोगी हैं। repair rates ऊँची हैं, लेकिन technicians और tools की कमी के कारण demand कम है (मेरे पास खुद दो हैं)
  • अगर इसे educational tool के रूप में देखें, तो यह और भी उपयोगी लगता है। वास्तव में इस project को प्रेरित करने वाले digital version का भी educational उद्देश्य था
  • repair प्रक्रिया का जादू शानदार है, लेकिन mechanism कैसे काम करता है इसे समझना भी उतना ही दिलचस्प है। दोनों में आकर्षण महसूस करना स्वाभाविक है
• सोच रहा हूँ कि क्या कोई ऐसा transparent material हो सकता है जो पूरी तरह hard होने से पहले gel की तरह रहे और हाथ से उसकी position adjust की जा सके। जैसे gel suspension में parts को 3D print की तरह हवा में थामे रखा जाए और अंत में उसे पूरी तरह hard कर दिया जाए। अगर SLA 3D printer resin की viscosity काफ़ी हो, तो parts को सही जगह सेट करके फिर UV से सब कुछ cure करने का तरीका सोचा जा सकता है संबंधित वीडियो
  • gel-type resin भी होते हैं, लेकिन bubbles की समस्या के कारण इसे लागू करना कठिन है, और कई बार बाँटकर layer-wise डालने वाली casting method ज़्यादा सामान्य है। refractive index में हल्का अंतर होने से boundary lines रह जाती हैं, और इससे बचना आसान नहीं है
  • अगर material में fluidity होगी, तो buoyancy/density के कारण parts हमेशा ऊपर तैरेंगे या नीचे बैठेंगे। एक विचार यह भी हो सकता है कि समान refractive index वाले छोटे beads से उन्हें अस्थायी रूप से फिक्स किया जाए, फिर पूरे में resin भरकर position बनाए रखी जाए। aquarium decoration वगैरह में वास्तव में ऐसा मिलता-जुलता तरीका इस्तेमाल होता है संबंधित वीडियो
• Bartosz, अगर आप यह पोस्ट देखें, तो कृपया मुझसे सीधे संपर्क करें। मैं यह काम आपके ब्लॉग की वजह से कर पाया, और तैयार piece आपको भेजना चाहूँगा। यह एक side project होते हुए भी इसकी quality और finishing detail कमाल की है
• अगर suspension (support) उसी refractive index वाले material का हो, तो वह दिखाई नहीं देना चाहिए
  • nylon और epoxy resin का refractive index मिलता-जुलता तो है, लेकिन बिल्कुल एक जैसा नहीं। मैंने nylon की जगह epoxy से सीधे पतली rods बनाने की कोशिश की थी, लेकिन मनचाहा परिणाम नहीं मिला
• तैयार object का बाहरी रूप बहुत प्रभावशाली है। यह museum exhibition के लिए भी काफ़ी लोकप्रिय हो सकता है। और ciechanow.ski साइट हमेशा की तरह बेहद प्रेरणादायक है