制作一个3D打印的三轴机械时钟
本帖最后由 RRoy 于 2025-8-6 10:03 编辑本期分享的项目是一个机械式数字时钟，三个数字轮分处于不同的轴线上（X、Y 和 Z），彼此错落有致。- 视觉上很酷，同时兼具实用性。- 只需一个步进电机驱动。- 所有零件都设计在 180 x 180 毫米的范围内。- 手动（物理）操作即可轻松调整时间。- 数字大而清晰，能见度高。
### 所需材料
- 28BYJ-48 减速步进电机及配套的驱动板- 任意微控制器（如 Arduino、ESP32、树莓派等）- 各种规格的2毫米自攻螺丝
### 第1步：打印
按照提供的资料下载打印所有零件。
除了`10min-rotor.stl`之外，其他零件都不需要支撑结构。
要仔细清除毛刺和多余的塑料，尤其是在轴孔和滑动表面周围。数字部分最好使用不同颜色的材料打印。
打印出来的数字零件很难区分，特别是**“6”和“9”容易混淆**（但形状并不完全相同）。用来显示小时、分钟个位和分钟十位的数字模型，它们背面的弧度或弯曲程度是不一样的。
所有涉及的3D打印文件可以在文末打包下载。
### 第2步：组装 3D 打印部分
你可以用胶水（例如：强力胶）或塑料焊接的方式将数字固定到转轴上。
我推荐**焊接法**，因为它简单、快捷又美观。使用控温烙铁，温度设定在**低温（250摄氏度）**，以免材料产生有害烟雾。
转轴上的孔是为每个数字设计的，固定数字前请先确认位置是否正确。
### 第3步：组装右侧部分
- 将`int-gear.stl`和`hour-driver.stl`装到`frame-right.stl`的孔中。- 将两个调节器装到框架上。- 使用`1min-holder-1.stl`和`1min-holder-2.stl`将`1min-rotor.stl`固定在框架上。- 最后检查一下所有零件能否顺利转动。
### 第4步：组装分钟十位数字部分
- 将`10min-driver.stl`和`10min-rotor.stl`组装起来。零件的方向由连接件上的梯形凸起决定。- 对齐齿轮上的两个标记，让它们彼此相对。- 务必确保`10min-adjustor`已安装在10分钟驱动器上。
### 第5步：组装剩余部分
- 安装步进电机和`motor-gear.stl`。- 将小时转轴与左侧框架组装。- 用螺丝固定其余的零件。
### 第6步：电路连接
你可以选择你喜欢的微控制器来驱动步进电机。
下面的程序文件（`numechron.ino`）是针对 Arduino 的示例。如果你使用其他微控制器，需要以每分钟**1536步**的频率驱动电机。
Arduino Nano 和驱动板的外壳可以在这个链接找到：`https://www.thingiverse.com/thing:5145523`
如果电机反向旋转，请修改源代码：
从 `int port = {7, 6, 5, 4};`
改为 `int port = {4, 5, 6, 7};`
Arduino的文件`numechron.ino`也可以在文末打包下载。
### 第7步：时间调整
- 小时和分钟十位的转轴可以用手**向前**转动来调整。- Arduino 程序在复位后会立即驱动电机。因此，你可以**通过按复位键**来前进一分钟。- 分钟个位的转轴也可以通过复位键来对齐。当数字转到正确位置时，按下复位键即可。
### 第8步：80% 缩小版
这是一个更小尺寸的版本。
将所有零件按**80%比例**打印。
步进电机本身无法缩小，所以需要使用修改过的`frame-base.stl`和`motor-gear.stl`模型。这些模型在打印时也**必须按80%比例缩放**。
如果`1min-holder-1.stl`打印出来太薄，请改用`1min-holder-1-thicker.stl`。
缩小版 3D 文件也可以在文末下载。
### 第9步：可选零件
如果你将`right-frame.stl`打印成与转轴不同的颜色，可以使用`colon-base-optional.stl`作为时分之间冒号的底座。
四种类型的前面板（全覆盖或部分覆盖，不透明或蜂巢状）可以用来隐藏内部机械结构和未显示的数字。（除了部分蜂巢状的，其他都经过了测试，我相信它们能正常使用）。
独立的数字字符和前面板可以让你为每个数字设置不同的颜色。（每个单独数字的形状与一体式数据`all-digits-and-front-frame.stl`中的形状相同）。
由于不允许上传 Blender 文件，可以在 Thingiverse 上查找源文件：`https://www.thingiverse.com/thing:6285769`
### 第10步：校准时钟速度
Arduino 的时钟精度不如普通的时钟。你可以通过校准来提高时钟的精确度。
测量你的时钟误差。先将时钟调整正确，等待24小时，然后测量它的误差（以秒为单位）。
在源代码中第3行的 `COMPENSATION_SECONDS` 值处，输入以秒为单位的误差值。如果你的时钟走快了，输入正值；反之，输入负值。
编译并上传程序到你的微控制器中。
至此，时钟就完工啦，期待大家尝试！
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