Bàn Dòng Chảy Lắp Ghép (Modular Stream Table)

Mình mới ghé thăm Great Lakes Children's Museum nhỏ xinh ở Traverse City, Michigan cùng con gái. Ở đó có một mô hình lắp đặt đơn giản mà rất “đã”, do Tom Egan làm, cuốn hút cả tụi nhỏ lẫn người lớn. Mình vốn hay mê mẩn mấy bàn mô phỏng dòng chảy/xói mòn (stream/erosion table) lắm, nhưng đồ kiểu đó thường rất bầy hầy, mà vật lý ở tỉ lệ “để bàn trong nhà” thì lại không hiệu quả hay đã mắt như mong đợi. Vậy nên vừa về tới nhà sau chuyến đi là mình bắt tay làm ngay bộ stream table in 3D dạng modular này cùng một loạt phụ kiện, để ai cũng có thể thỏa “giấc mơ” làm kỹ sư công trình hay nhà địa mạo sông (fluvial geomorphologist). 🤓

Nếu bạn đọc tới đây và chỉ muốn bắt đầu luôn: đây là cái bơm mình chọn và mình dùng 2 cái trong setup. Vì là bơm 5W “xịn”, nó đẩy nước mạnh hơn mấy lựa chọn chạy USB khác, và thêm điểm cộng là có điều khiển tốc độ dạng digital chứ không chỉ cái cần gạt cơ để chỉnh lưu lượng. Chắc khỏi nói cũng rõ, mình chọn bơm chạy USB là vì lý do an toàn, và mình chạy bằng pin sạc dự phòng (battery pack), không dùng adapter AC. Làm ơn đừng chơi điện lưới với nước nha.

Mình dùng thùng Sterilite 32 quart/24" làm bể chứa (sump), nhưng miễn là cái gì kín nước và đủ to để bỏ cái bàn vào là được. Mình cũng từng nghĩ làm nguyên bộ tự-contained, nhưng mình không muốn ai phải lo chuyện rò rỉ, với lại nếu bắt buộc lắp ráp kiểu “nặng đô” như vậy (chưa kể yêu cầu bản in phải thật sự kín nước) thì dự án sẽ mất đi sự đơn giản. Thêm nữa, bạn có thể đổ hết nước ra và cất cả bộ vào lại trong thùng khi không dùng!

Vậy là đủ thông tin quan trọng cho các bạn muốn làm nhanh rồi đó—cứ in thử đi, và nhớ đăng “make” nếu bạn lắp được một bộ nha. 👍

Ai còn đọc tiếp thì mình chia sẻ thêm chút chi tiết. Nếu bạn đã xem model, có thể bạn thấy mình dùng một cách ghép 3 phần chính khá “không truyền thống”. Phải nói là mình rất hài lòng vì nó hoạt động ngon. Mấy miếng half-washer giữ hai phần ngoài vào phần giữa, bản thân nó lại được cố định nhờ các thanh brace ở chân—khi bạn vặn vít vào thì chúng tự canh thẳng hàng. Điều này đồng nghĩa phần giữa sẽ có chân trái và chân phải, nhưng mình có in sẵn ký hiệu L và R trên đó (áp dụng khi bạn lật ngược cái bàn, và đầu downstream hướng về phía bạn).

Cái này được thiết kế để “đụng trần” diện tích bàn in của Prusa Mini của mình—thường mình hay né kiểu này vì dễ cong vênh (warping), nhưng mình muốn nó to nhất có thể nên đành chịu. May là thành ngoài và đáy mỏng nên mình không gặp rắc rối warping nhiều, và mẹo half-washer ren tách (split-thread) vẫn chạy tốt dù phần vật liệu “ăn” ren không nhiều (mình chừa chút tolerance, với lại mấy nhịp bridge hơi xệ xuống vô tình lấp khe/hơi ép vào vừa đẹp). Nếu bạn lo, thêm brim sẽ giúp giữ mấy vùng bridge ở góc—nơi có nguy cơ bị nhấc lên cao nhất.

Mình không dán keo các mảnh lại với nhau; nếu bạn thấy rỉ nước chút ở đường ghép vẫn chấp nhận được thì khỏi. Riêng mình có bơm một đường silicone thật mỏng ở cả hai mối ghép rồi vuốt phẳng bằng ngón tay mang găng. Silicone này không phải loại chịu lực, và bám lên PLA cũng không xuất sắc, nhưng nó chặn nước đủ tốt để mình không bị thất thoát qua các khe. 😁

Vẫn còn ở đây hả? Ok, mình cảm ơn nha—dưới đây là phần chi tiết cuối và vài dòng “tâm sự”…

Mình có suy nghĩ khá nhiều về tỉ lệ tổng thể của dự án, nhưng phần lớn là tự “ra hình” theo các ràng buộc. Ví dụ: mặt bàn 180mm của Prusa Mini chỉ chia được thành một số lượng ô “đẹp” nhất định; cuối cùng mình chọn 5 thay vì 4 hay 6, vì 4 thấy chưa đủ phức tạp còn 6 thì hơi nhỏ, với lại mình muốn số lẻ để có một kênh ở giữa. Tuy nhiên, hai bên thành và các trụ đỡ cũng chiếm chỗ, nên cái “ô vuông” 180mm/5=36mm rốt cuộc thành “vuông” 30mm x 26.068mm. Mình không khuyến khích scale xuống, nhưng vì nó đã fit bàn 180mm rồi nên chắc đa số cũng không cần. Ngược lại, scale lên thì ổn, và cũng không quá khó để remix giữ nguyên tỉ lệ cho bàn in lớn hơn để làm dòng suối rộng và/hoặc dài hơn. Bạn cũng có thể xếp đầu ra của một bàn lên trên đầu vào của bàn khác nếu bể chứa (sump) đủ dài.

Mình cố thiết kế một bộ “miếng gài” (slot-in pieces) khởi đầu cho ổn. Mỗi miếng đều có mục đích để bạn tự khám phá. Chỉ cần mấy miếng “vuông” và chữ nhật cơ bản là đã vui rồi, nhưng mình muốn thêm lựa chọn để tạo hệ thống phức tạp hơn (và nhiều màu hơn), có nhiều cách bóp/hãm rồi mở rộng dòng nước, v.v. Các chi tiết chuyển động—kể cả mấy chiếc thuyền hơi ngố—rất hợp để quan sát dòng chảy (hoặc chỗ bị tù). Nếu ai đó thấy bực vì một thứ không chạy như mong muốn thì cũng bình thường, đó là một phần của quá trình học. Chỉ cần dịch một miếng thôi cũng có thể tạo khác biệt rất lớn, và nhìn ai đó từ chỗ chưa “bắt sóng” mà tự mày mò ra được thì đã lắm. Mình dự định sẽ thêm nhiều miếng theo thời gian và cũng mong người khác đóng góp thêm.

Bạn có thể in toàn bộ phần bàn chính chỉ với một cuộn filament, dùng setting mặc định của PrusaSlicer. Còn bạn in thêm gì thì tùy, nhưng dù phối màu kiểu gì, nên cân nhắc in các miếng gài cùng loại bằng cùng một màu để dễ nhận diện. Những miếng này nhỏ nên cũng là cách hay để tận dụng phần filament dư. 👍

Nếu bạn in các chi tiết turbine thì sẽ cần lắp ráp. Ban đầu mình có thiết kế turbine quay kiểu print-in-place, nhưng “vật lý” không đứng về phía nó nên kiểu gì cũng fail. Vì vậy mình đổi sang in 3 mảnh và dán vào một trục 1mm. Mình có sẵn thanh đồng (brass rod), nhưng bạn dùng cái gì thẳng là được; thậm chí có khi không cần keo nếu lắp khít đủ, cũng không cần quá chắc. Cách mình làm là xỏ cả 3 mảnh lên thanh, chừa thanh nhô ra một chút ở hai đầu, rồi chấm một ít keo CA để khóa các mảnh vào thanh, đồng thời cố giữ keo tránh xa phần giữa nhất có thể để khỏi bị dính kẹt. Nhớ chừa một khe hở mỏng nha. Mình cũng canh cho mặt “áp bàn” (print bed-side) của phần “tail” và “housing” quay vào nhau khi lắp, vì đó là mặt mịn nhất và chúng sẽ cọ/tiếp xúc khi quay (turbine chỉ quay khi cái tail hướng vào chiều dòng nước).

Tùy máy in, có thể bạn sẽ phải khoan/doa lại vài lỗ nhỏ trong model—cụ thể là các chi tiết turbine ở trên, và các bánh xe nước (water wheels) với flaps. Mình rất thích bộ mũi khoan chính xác giá rẻ này cho mấy việc kiểu đó.

Nói về mấy miếng flap: tuy cả stream table này kiểu như “Phillips Machine cho trẻ em” phiên bản dễ chơi, nhưng riêng mấy miếng flap dùng cực kỳ đã cho fluidics đơn giản. Thật sự bất ngờ vì hệ có thể chính xác/chi tiết đến mức nào. Trong hình dưới, chỉ cần lật miếng màu tím có mũi tên kế bên là nó ổn định chuyển qua chuyển lại turbine nào (trong 2 cái có mũi tên) sẽ quay. 🤯

Mình cũng thử bơm bong bóng vào nước bằng airstone và bơm hồ cá (aquarium pump), giúp nhìn dòng chảy rõ hơn. Nếu bạn định thêm xà phòng, dùng dish soap và chỉ dùng ít xíu thôi—ít nhất có thể bóp ra—không là bọt nó tràn ngập hết. Nếu bạn định thêm màu thực phẩm (food coloring) thì… mong là bạn không làm dính màu đồ đạc. Airsoft BBs cũng được nhiều người dùng, nhưng nhớ là bất cứ thứ gì đi trong nước ngoài nước ra đều có thể làm mấy bộ phận chuyển động bị kẹt/hoạt động không đúng.

Cuối cùng, trong phần ghi chú (notes) của từng file còn có thêm chi tiết—đừng bỏ lỡ.

Chúc bạn chơi vui!