Hệ lắp ghép rack-and-pinion giãn nở 3D (NbO)

Đây là một hệ thống lắp ghép để làm các cơ cấu có thể thay đổi kích thước. Các chi tiết có thể ghép nối để tạo ra cơ chế giãn nở với nhiều kích cỡ và hình dạng khác nhau.

Phiên bản đơn giản nhất của cơ cấu này là một “lục giác vuông góc” (right-angled hexagon) — gồm sáu cạnh của một khối lập phương. Để làm nó, bạn sẽ cần:

• 6 rack tay trái (left handed racks)

• 6 rack tay phải (right handed racks) (file racks có sẵn mỗi loại 1 rack theo từng handedness)

• 6 gear

• 12 half-cap-half-hex

• 12 half-axles

• 6 đai ốc M3

• 6 bu-lông M3 (dài 12 mm)

Các chi tiết được thiết kế để in với layer height 0.2mm. Chỉ có half-axles là cần support (nhớ làm sạch toàn bộ support để các chi tiết khớp vào nhau chuẩn). Khi lắp, trước tiên hãy làm 12 “half-junction”, mỗi cái gồm một half-axle, một rack, và một half-cap-half-hex. Rack và half-cap-half-hex sẽ được ấn vào phần đáy của half-axle.

Tiếp theo, mỗi junction sẽ được tạo từ hai half-junction ấn vào nhau, với một gear nằm ở giữa. Tuy nhiên, bạn cần để các rack của những junction kề bên ăn khớp (mesh) với gear của junction này. Hãy luồn (slot) rack của một (half-)junction kề bên vào junction này sao cho khi đặt gear vào, gear sẽ khóa rack đó đúng vị trí. Khi luồn hai half-junction vào nhau, rack của chúng cần có cùng handedness.

Khi bạn đã đặt đúng vị trí các rack từ hai junction kề bên trong junction của mình (chúng nên cách junction một khoảng như nhau — có thể đếm răng trên rack để kiểm tra chúng cách gear trong junction bao xa), hãy luồn bu-lông xuyên qua junction và siết vào đai ốc ở phía bên kia. Việc này sẽ giữ junction cố định.

Một vài mẹo:

• Đừng siết bu-lông quá chặt: đai ốc được giữ trong một “cốc” lục giác (hexagonal cup) ở half-cap-half-hex (hoặc cap). Nếu siết quá tay, đai ốc sẽ bắt đầu trượt trong cốc và sau đó sẽ rất khó nới ra.

• Mình hay theo dõi handedness của các half-junction bằng cách luôn luồn bu-lông từ một phía của junction sao cho, nhìn từ phía đó, gear quay ngược chiều kim đồng hồ khi bạn thu/cụp cơ cấu lại. (Trừ khi bạn thật sự muốn đào sâu phần đối xứng, còn không thì không cần lo vụ này!)

Video này cho thấy quy trình thiết kế và nhiều cơ cấu ví dụ, đồng thời đi khá (có thể là hơi quá) chi tiết về các đối xứng của thiết kế này. Video cũng mô tả mạng NbO (NbO network), là cấu trúc tinh thể mà thiết kế này dựa theo. Mình có hướng dẫn lắp half-junction ở 11:26 và 12:09, và cách luồn hai junction vào nhau ở 12:46.

Thay vì làm half-junction bằng một rack và một half-cap-half-hex, bạn có thể dùng hai rack (cùng handedness) và một cap. Cách này sẽ cho bạn thêm một rack, tức là thêm một hướng để nối một junction kề bên vào junction của bạn. Ghép kiểu này, bạn có thể dựng các hình lớn hơn: khối lập phương giãn nở, các mảnh tetris, v.v. Chúc bạn khám phá vui vẻ!