مارکوس وو، برنامه نویس و مهندس خلاق که از قضا عاشق چاپگر سه بعدی هم هست؛ همیشه به دنبال ساختن چالشی ترین وسایل است. روزی با خواندن مطلبی در باره ماشین حساب کورتا تصمیم گرفت تا به همراه برادرش «پیتر» یکی از شگفت انگیزترین وسایل ریاضی تاریخ بشر را بوسیله چاپگر سه بعدی بسازد؛ نسخه ای چندعملکردی از ماشین حساب مکانیکی کورتا.
تا اواسط دهه سی قرن بیستم موثرترین وسیله محاسبه در جهان دو نوع ابزار بودند: چرتکه ایرانیان و ماشین حسابهای سنگین ۱۵ کیلویی غربی که ترکیب زمختی از مکانیک و برق محسوب میشدند و با وجود اینکه غولپیکر بودند ولی در محاسبه بسیار کودن ظاهر میشدند و فقط عملیاتهای ساده ریاضی را انجام میدادند. اما یک نفر با ده سال تلاش بی وفقه توانست ماشین حسابی بسیار کوچک و سبک و در عین حال بسیار قدرتمند در محاسبه را فقط در حالت پردازش مکانیکی تولید کند؛ نام این شخص کورتز هرتزاشتارک بود که در زندگی اش طعم اردوگاههای مرگ آلمان نازی را هم چشید.
شاید تعجب کنید که اصلا ماشین حساب کورتا چیست؟
ماشین حساب کورتا به شکل استوانه ای کوچک بود که می توانست تقریبا هر حسابی را به صورت فیزیکی و با دقتی حیرت‌انگیز محاسبه کند. مخترعش «کورتز هرتزاشتارک: Curt Herzstark» این وسیله شگفت انگیز را در اردوگاه مرگ بوخن‌والت که تحت نظارت شدید پلیس سیاسی مخوف آلمان نازی یا «SS» بود، تکمیل کرد! (البته او خیلی زودتر به مدت ۱۰ سال برای طراحی آن تلاش کرده بود و ۱۹۳۷ نسخه های اولیه را هم آماده کرده بود). سال ۱۹۴۳ پلیس اس اس او را دستگیر کرد و شانس آورد که مسئول نظارت دستگاههای مکانیکی اردوگاه بدنام بوخن والت شد و زنده ماند.
بعدها رییس زندان که متوجه هوش بالای او شده بود از وی خواست روی طرحی که قابل عرضه به هیتلر باشد کار کند و او ماشین حسابش را انتخاب کرد و با اینکار جانش را خرید. با پایان جنگ و دربدری های مهاجرت و فرار – سرانجام در سال ۱۹۴۹ به اتریش رسید و با توافق شرکت کونتینا برای حق سهام سی درصدی او، این ماشین حساب مکانیکی به قیمت ۱۲۵ دلار به بازار جهان عرضه شد و طی بیست سال بیش از ۱۵۰ هزار سفارش فروخته شد. در اواخر دوران اوج ماشین حساب کورتا، شرکت سویسی هیلتی مسئول فروش بود که با ورود ماشین حساب های جیبی کامپیوتری در سال ۱۹۷۲ این وسیله شگفت انگیز افول کرد و به تاریخ پیوست.
ویژگیهای شگفت انگیز ماشین حساب کورتا:
- کاملا مکانیکی، بدون هیچگونه باطری یا وسیله الکتریکی
- کوچک، دقیق و قابل حمل
- یکی از موثرترین ابزارهای حسابرسی جهان تا سال ۱۹۷۰ که ماشین حساب های جیبی عرضه شدند.
- ترکیب زیبایی، هنر مهندسی و پیچیدگی فنی
به این دلایل بود که «مارکوس وو» تصمیم گرفت ساعت مکانیک کورتا را چاپ سه بعدی کند !
پرینت سه بعدی چنین وسیله محاسبه گر پیچیده ای که مملو از چرخ دنده های ظریف و هندلهای مکانیکی است و قرار است کارکرد درستی هم داشته باشد، واقعا سخت است. برای اینکه یک ماشین حساب کورتا به درستی معادلات ریاضی را حل کند باید تمامی قطعات بهم پیوسته یا مستقلش به درستی طراحی و اسمبل شود.
مارکوس و پیتر از چند نرم افزار ساخت سه بعدی برای طراحی قطعات کوچک و بزرگ ماشین حساب استفاده کردند. او پس از آن برای هر جزء دستگاه، ترکیب صحیح را پیدا کرد تا مطمئن شود که قطعات پس از پرینت سه بعدی و اسمبل واقعا کار خواهند کرد.
استفاده از چاپگر سه بعدی برای حل چالش ماشین حساب کورتا
مارکوس در حین پرینت سه بعدی قطعات با چالشهای زیادی مواجه شد. او میگوید:
فهمیدم که ماشین حساب کورتا عملا برای پرینت سه بعدی ساخته نشده است! فرم طراحی قطعات کوچک بود و با روند ساختی خاص از دوره ای خاص بود که با عملکرد چاپگرهای سه بعدی کمی مغایرت داشت. با این حال راه حلهای جالبی را پیدا کردم که این مشکلات جزیی را مرتفع کرد.
مارکوس مجبور بود ضریب infill را کم در نظر بگیرد که این امر امکان شکسته شدن قطعات ماشین حساب را حین کار افزایش میداد. او چندین بار با شکستگی شفت اصلی دستگاه حین نمونه سازی مواجه شد، پس تصمیم گرفت با باز طراحی دقیق، ارتفاع لایه گذاری متنوعی را با توجه به میزان فشار در هر قسمت قطعه تعیین کند. بدین وسیله شفت اصلی دیگر نشکست، زیرا ارتفاع لایه ها در هر قسمت مناسب بود و تراکم داخلی مقاومت خوبی داشت.
مشکل دیگر مارکوس در شکل خاص قطعات بود که بخشهای زیادی حالت آویزان داشتند و با تنظیمات پیش فرض نرم افزارها امکان ساپورت گذاری وجود نداشت. او با دقت برای هر قطعه ساپورت مناسب را طراحی و به بخشهای لازم اضافه کرد، طبیعتا در برخی بخشها نیاز به تراکم بسیار بالای بافت ساپورت داشت که دستی همه را تخمین زده و به نرم افزار وارد کرد.
مارکوس در طول پرینت سه بعدی دقت کرد که هیچگونه اکسترود اضافه فیلامنت رخ ندهد چون باعث ایجاد اصطحکاک بین قطعات بهم پیوسته میشد.
چالش دیگر مارکوس در شرایط Raft (لایه اول پرینت) برای شفت اصلی، مهره ها و ساپورتهای ماشین حساب بود. اینجا نیز مجبور شد لایه های شفت را با دستکاری تنظیمات نرم افزار این قسمتها را طوری محدود کند که نازکتر چاپ شده و جداسازی راحتی داشته باشند تا هیچ ردپایی از raft روی قطعات باقی نماند.
مارکوس همه این چالشها را یکی پس از دیگری با خلاقیت خودش حل کرد. در آخر قطعات به خوبی چاپ سه بعدی شده و اسمبل گردید. حالا ماشین حساب مکانیکی مارکوس قادر است محاسبات ساده را به خوبی انجام دهد.