3D 打印的三轴机械数字时钟

吃瓜阿阳 2024-02-10 13:14:40

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本期教程是一款 3D 打印的机械数字时钟，它有三个显示数字的轮子，它们分别位于不同的轴（X、Y、Z）上。这款时钟设计独特，实用性强，喜欢的话可以复刻一版。
MAKER: shiura／译：趣无尽（转载请注明出处）

特性
这款设计独特的时钟是由单个步进电机驱动
所有零件的尺寸均在 180 x 180mm 以内
通过手动（物理）操作轻松调整时间
时钟上的数字字符较大，时间清晰可见

时钟设计时间表
2023年10月29日：增加 80% 缩小版打印型号。
2023年11月4日：修改 “motor-gear.stl”，增加了一个 1mm 的轴圈，以便与电机轴更好匹配。
2023年11月4日：增加蜂窝式前面板。
2023年11月6日：我注意到我上传了错误的.ino文件（程序），与电路的照片不匹配。随后，我上传了正确的版本。
2023年11月10日：增加了完全透明和部分不透明的前面板。
2023年11月18日：改进代码，直接输入以秒为单位的时钟速度补偿值。

组件清单

28BYJ-48 齿轮步进电机 x 1
电机驱动板 x 1
Arduino x 1（或者其他微控制器，ESP32、Raspberry Pi 等）
2mm 自攻螺丝 x 若干

3D 打印组件

请按照提供的资料下载打印所有零件。

除了 “10min-rotor.stl” 外，其他组件不需要支撑结构。

请清除组件上的碎屑和斑点，尤其是轴和齿轮的表面。
数字字符用不同颜色的材料打印。

数字字符部分很难区分。特别是数字 6 和 9，但其实两者的形状并不相同。数字字符背面的弯曲率在小时、1 秒和 10分钟的位置不同。

3D 打印文件在这里可以下载：
https://make.quwj.com/project/478

组装 3D 打印部分

可以使用胶水或塑料焊接技术将数字粘在转轴上。
我推荐塑料焊接，因为它简单、快速且美观。使用温控烙铁将其设置为低温（250℃），以避免材料烧焦。

转子上的孔被每个数字隐藏起来。在固定数字之前，请确认位置是否正确。

安装右边部分

将 “int gear.stl” 和 “hour driver.stl” 连接到 “frame right.stl” 的孔上。
将两个调节器连接到支架上。
使用 “1min-holder-1.stl” and “1min-holder-2.stl” 将 “1min-rotor.stl” 连接到支架上。
最后检查一下所有零件能否顺利转动。

安装秒钟

组装 “10min-driver.stl” 和 “10min-rotor.stl”。部件的方向由连接部件之间的梯形键（图中红色标记）来调节。
将齿轮上的两个标记相对对齐。
请确保将 10 分钟调节器放在 10 分钟驱动器上。

安装剩余部分

连接步进电机和 “motor-gear.stl”。
将时针转轴与左侧架子组装在一起。
用螺钉连接其余零件。

电路部分

你可以选择你喜欢的微控制器来驱动步进电机。

我选择的是 Arduino 主板。以下程序（“numechron.ino”）是基于 Arduino 的示例。如果使用其他微控制器，每分钟驱动电机为 1536 步。
Arduino nano 和驱动板，它的外壳可参考： https://www.thingiverse.com/thing:5145523 。
如果电机旋转方向相反，请更改源代码
从

int port[4] = {7, 6, 5, 4};

到

int port[4] = {4, 5, 6, 7};

另外， Arduino 程序运行资料在这里可以下载：
https://make.quwj.com/project/478

调整时间

小时和 10 分钟的转轴可以用手旋转，但只能向前旋转。
Arduino 的程序在重置后立即驱动电机。因此，你可以通过重置按钮继续 1 分钟。
同时也可以通过复位按钮对 1 分钟的转轴进行校准。当数字到达正确位置时，按下重置按钮。

80% 缩小版

在这里提供了较小的版本。

所有零件都在原来基础上 80% 的比例打印。
使用 “frame-base.stl” 和 “motor-gear.stl” 的修改后的型号，步进电机不会改变。打印时，这些模型都要缩小到80% 的比例打印。
如果 “1min-holder-1.stl” 太薄，那么请使用 “1min-holder-1-thicker.stl”。

缩小版 3D 文件在这里可以下载：
https://make.quwj.com/project/478