复刻 Barentsz 钟:传统与现代制造技术的融合

荷兰 Klokkengroep 's-Hertogenbosch 钟表学会复刻了 Barentsz 钟表,这款中世纪计时器曾随 Willem Barentsz 的 1596 年北极探险队出行。借助 Xometry 择幂科技 的水刀切割服务,他们为 8 个复刻钟表生产了 48 个钢制齿轮。水刀切割工艺保留了原始设计的锐角和细辐条,无需额外边缘处理,即可在工坊内进行齿轮切割和精密钻孔。

行业
机械制造
国家
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荷兰

使用场景
原型制作
工艺
3D打印
材料

钢

产品

Barentsz 钟钢制齿轮

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钟表协会始终遵循着尊重传统工艺与拥抱现代创新之间的平衡。其中一项创新是采用 3D 打印技术,该技术已成为塑料钟表零件原型制作的宝贵工具。通过 Xometry  择幂科技获取高质量的 3D 打印部件,我们可在开始金属量产前对设计进行高效验证。该方法让我们能以最低材料浪费与成本,优化复杂机械结构(如齿轮组)。

Peter Chevalier 协会成员 荷兰钟表协会

您好,我是 Peter Chevalier,荷兰钟表协会“Klokkengroep 's-Hertogenbosch”的成员。我出身于延续六代的机械工程师世家,对工程技术抱有毕生热忱。我在职业生涯过程中一直从事机械加工理论领域研究,退休后重拾实践,于后院工坊中打造钟表与工具。

Barentsz 钟

Klokkengroep ‘s-Hertogenbosch 是由百余位钟表制造爱好者组成的团体,成员涵盖退休制造专家与零基础初学者。我们怀揣着制作与修复钟表装置的共同热爱,时常一同在工坊中从零开始亲手设计与制造每一件作品。

2024 年 6 月,我们启动迄今最具雄心的项目:复刻具有非凡历史价值的中世纪计时器——Barentsz 钟。为使这件代表着历史的器具重现生机,我们融合传统制表工艺与尖端制造技术,包括来自 Xometry 择幂科技的精密水射流切割。

Barentsz 钟

工艺传承:一整年的传统培训

本协会通过为期一年的系统性课程,致力于保护传统机械加工与钟表制造技艺。每周课程融合理论与实践,学员需使用黄铜板、钢棒等原材料,从零打造简易的重锤驱动时钟。该项目涵盖齿轮切割、精密镗孔与装配等关键技术。

工坊配备瑞士 Schaublin 102 VM 车床、Aciera F3 铣床及奥地利 EMCO 车床等高精度设备,让学员得以掌握传统与现代机械加工技艺。

协会工坊的精密铣床专用于制造复杂钟表零件。

协会工坊的精密铣床专用于制造复杂钟表零件。

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协会工坊的精密铣床专用于制造复杂钟表零件。

培训项目期间,学员需从原材料起步,以黄铜板制作齿轮、钢棒加工轴纵轮,完整构建重锤驱动时钟。该基础设计通过齿轮切割、精密镗孔与装配等工艺教学,为进阶项目(如 Barentsz 钟复刻)奠定扎实基础。

钟表协会培训项目期间从零打造的重锤驱动时钟——Clubklokje 成品。

钟表协会培训项目期间从零打造的重锤驱动时钟——Clubklokje 成品。

Barentsz 钟项目背后的启发

Barentsz 钟可追溯至 16 世纪末,曾随 Willem Barentsz 参与北极探险。此钟本是众多献给远东高官的精致礼物之一。然而,当 Barentsz 的船只“De Witte Swaen”(白天鹅号)在新地岛附近被冰层困住时,此次探险以失败告终。

船员们利用船只残骸建造木制避难所“Het Behouden Huijs”(安全屋),在严酷的北极冬季中艰难求生。该钟在他们撤离时被遗弃,直至 1871 年才由挪威猎人连同避难所遗迹一同被重新发现。如今,该钟作为中世纪钟表学的罕见遗存,成为阿姆斯特丹 Rijksmuseum(荷兰国家博物馆)的馆藏珍品。

复刻这一历史杰作并非个人之力,而是由钟表协会多名成员协作努力完成的集体成果。每位参与者都贡献了独特技能与专业知识,涵盖历史方法研究与现代制造技术的适应性改造。集体的热忱与团队协作,是赋予 Barentsz 钟新生所必不可少的。

1871 年于 Nova Zembla 发现的 Barentsz 钟现存于 Rijksmuseum(荷兰国家博物馆)。

1871 年于 Nova Zembla 发现的 Barentsz 钟现存于 Rijksmuseum(荷兰国家博物馆)。

揭开 Barentsz 钟的秘密

Barentsz 钟是中世纪钟表学的杰出代表。与其他许多历史钟表不同,它从未经过现代化改造,完整保留了原始设计。所有部件均以钢材全手工锻造,采用复杂的热锻工艺,彰显了中世纪铁匠的精湛技艺。

单个齿轮的制造需经多道工序:

  1. 锻造矩形截面钢条。
  2. 将钢条弯曲成圆环。
  3. 热焊接闭合圆环。
  4. 标记 64 个齿位。
  5. 将齿形锤入烧红的圆环。
  6. 锻造辐条钢十字架。
  7. 热焊接辐条与轮圈。
  8. 锉削齿形至最终轮廓。

此类工艺在当时堪称卓越,也已远超当今传统制造业的能力范畴。现有传统制造技术无法复现中世纪铁匠的技艺高度。因此类方法的技术如今已无法实现,部分复刻者改用 17 世纪中叶流行的黄铜齿轮作为简化替代方案。

黄铜复制齿轮是现代制表者常选的简化替代品。

过程:旧技术与现代制造工艺的融合

为复刻 8 台 Barentsz 钟所需的 48 个钢制齿轮,我们采用了水射流切割技术——一种完美契合原始设计复杂工艺的现代制造方法。该方法以极高精度复刻钢轮的锐角与细辐条,同时保留了材料结构的完整性。

通过使用水射流切割,我们无需对切边进行额外精修,让齿轮可直接开始工坊的齿形切割与精密镗孔工序。现代技术的无缝融合,既保留了钢轮的中世纪设计精髓与原貌,致敬了传统工匠技艺,同时又拥抱 21 世纪的生产效率。

复刻品不仅从钟表学与制造角度令人惊叹,其视觉表现也极具魅力。这些钟以近似计时为主,日误差约 1 小时左右。因此该钟仅配有一根指针。

复刻的 Barentsz 钟,展示了其精妙设计和历史意义

复刻的 Barentsz 钟,展示了其精妙设计和历史意义

探索新领域:3D 打印的作用

钟表协会始终遵循着尊重传统工艺与拥抱现代创新之间的平衡。其中一项创新是采用 3D 打印技术,该技术已成为塑料钟表零件原型制作的宝贵工具。通过 Xometry 择幂科技获取高质量的 3D 打印部件,我们可在开始金属量产前对设计进行高效验证。该方法让我们能以最低材料浪费与成本,优化复杂机械结构(如齿轮组)。

展望未来,金属 3D 打印在制造高复杂度部件(如陀飞轮框架)中潜力巨大。这些被誉为制表工艺巅峰的部件,将为钟表工程与创意设计的融合开辟新可能。依托 Xometry 择幂科技的先进制造服务,我们具备充分条件探索这些可能性,持续推动钟表学领域的创新。

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