Bản Remix của Ball Clock (Hex2000) - Thanh cân bằng cho phút thứ 4

Mình đã thử nghiệm với bi thép 10mm (nặng khoảng 4g mỗi viên, loại 20 viên mua trên Amazon). Thanh in bằng nhựa PLA nặng khoảng 11g. Với vị trí hốc bi gốc (~87mm tính từ trục xoay), đối trọng quá nặng khiến bên có 5 viên bi không thể làm thanh bập bênh được. Mình đã dời vị trí hốc bi xuống ~62mm tính từ trục xoay để cân bằng lại — lúc này thanh sẽ giữ yên với 4 viên bi và bập bênh chuẩn xác khi viên thứ 5 rơi vào.

Nếu thanh của bạn không bập bênh đúng cách thì đây chính là cách sửa. Kết quả có thể hơi khác biệt tùy thuộc vào trọng lượng bi và độ đặc khi in của bạn.

Bản remix này được thực hiện như thế nào

Bản sửa đổi này được thiết kế và thực hiện hoàn toàn bởi Claude (trợ lý AI của Anthropic) chạy trên Claude Code (CLI), không cần chỉnh sửa CAD thủ công. Quy trình cụ thể như sau:

Phân tích mô hình (Mesh)

Sử dụng Python với các thư viện trimesh và numpy, mình đã tải và phân tích tệp STL gốc thông qua lập trình. Các thông số như hộp bao (bounding box), vị trí đỉnh và pháp tuyến mặt phẳng đã được kiểm tra để ánh xạ mọi chi tiết trên thanh — từ khe trục, hốc đối trọng cho đến đường ray chứa bi.

Hốc đối trọng đã được đo đạc ở nhiều độ cao Z khác nhau để xác nhận nó là một hốc hình cầu hoàn hảo (bán kính 5mm, lỗ mở rộng ~10mm ở mặt trên).

Tính toán vật lý

Phân tích cân bằng mô-men xoắn đã được thực hiện với các thông số đo đạc:

• Trọng lượng bi: 4.05g mỗi viên (81g cho gói 20 viên bi thép 10mm từ Amazon)
• Trọng lượng thanh: 11g (nhựa PLA)
• Trọng tâm thanh: tính từ thể tích mô hình, ~5.6mm về bên trái trục xoay
• Khoảng cách đối trọng gốc: ~87mm từ khe trục

4 viên bi đầu tiên ở phía 5 bi khá đối xứng quanh trục xoay (tổng mô-men xoắn ≈ 0). Chỉ viên bi thứ 5 ở vị trí ~23mm tính từ trục mới tạo ra lực bập bênh. Với đối trọng đặt ở 87mm, mô-men xoắn của nó lớn hơn nhiều so với lực tạo ra bởi 5 viên bi, xác nhận sự mất cân bằng trong thiết kế gốc. Thử nghiệm thực tế đã chứng minh việc dời đối trọng gần vào trục thêm ~1 inch là giải pháp khắc phục triệt để.

Chỉnh sửa mô hình (Mesh Modification)

Hốc được di chuyển bằng các phép toán logic (boolean) thông qua manifold3d (một thư viện xử lý hình học):

1. Một khối trụ được hợp nhất (union) với thanh để lấp đầy hốc cũ.
2. Kết quả được giao (intersect) với hộp bao của thanh để giữ cho bề mặt trên phẳng lặng.
3. Một khối cầu (R=5mm) được trừ đi (subtract) ở vị trí mới để tạo ra hốc đã dời.

Lỗi cạnh phi đa tạp (non-manifold) trong tệp STL gốc (Lỗi 3 trong hầu hết các phần mềm slicer) cũng đã được sửa chữa trong quá trình này.

Công cụ sử dụng

• Claude Code (Opus 4.6) — Trợ lý AI điều khiển toàn bộ quy trình làm việc
• Python 3 với trimesh, numpy, scipy, networkx, manifold3d
• Không sử dụng bất kỳ phần mềm CAD giao diện đồ họa (GUI) nào