기계식 시계: 분해된 모습

 (fellerts.no)
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  • Bartosz Ciechanowski의 기계식 시계 무브먼트 글과 인터랙티브 분해도에서 영감을 받아, 화면 속 구조를 손에 들 수 있는 실제 분해 전시물로 옮긴 프로젝트임
  • 단순한 부품 장식이나 평면 캐스팅이 아니라, 실제 조립 관계를 따라 부품을 3D 공간에 띄우는 방식을 목표로 삼음
  • UV 레진과 층별 캐스팅은 황변, 느린 경화, 층 경계, 기포, 수축 때문에 한계가 컸고, 결국 전체 모델을 한 번에 캐스팅하는 방식으로 전환됨
  • 최종 공정은 0.7mm 모노필라멘트 낚싯줄과 CA 접착제로 50~100개 안팎의 작은 부품을 고정한 뒤, 진공 챔버로 기포를 빼고 투명 에폭시 레진에 넣는 방식임
  • PT5000 기반 손목시계 무브먼트까지 적용하며 도색면 보호, 몰드 크기, 정렬 문제를 개선했고, 전체 실험은 약 2.5년 동안 이어짐

인터랙티브 분해도를 실제 물체로 옮기기

  • 프로젝트는 Bartosz Ciechanowski의 기계식 시계 무브먼트 설명 글에 있는 인터랙티브 분해도에서 출발함
  • 해당 일러스트는 작동 중인 기계식 무브먼트를 분해된 상태로 펼쳐, 모든 부품을 여러 각도에서 살펴볼 수 있게 함
  • 목표는 화면 속 분해도를 실제 손에 들 수 있는 기계식 시계 분해 모델로 구현하는 것이었음
  • eBay에서 볼 수 있는 기존 사례는 대체로 다른 방향이었음
    • 무작위 시계 부품을 레진 큐브에 넣은 스팀펑크 아트
    • 부품을 평면 위에 펼쳐 넣은 “뷔페식” 레진 캐스팅
    • 실제 조립 순서와 공간 관계를 유지한 3D 분해 구조는 찾기 어려웠음

어떤 무브먼트를 쓸 것인가

  • Bartosz Ciechanowski의 글은 ETA caliber 2824-2 또는 중국 PT5000 같은 클론 무브먼트를 기반으로 한 것으로 보였음
  • ETA 2824-2는 인기 있는 자동감기 손목시계 무브먼트지만, 매우 작고 부품이 많아 초기 프로토타입에는 적합하지 않았음
  • 초기 실험에는 포켓워치 무브먼트가 더 맞았음
    • 대체로 날짜 기능이 없음
    • 자동감기가 아님
    • 중앙 초침도 없는 경우가 많음
    • 시계 수리 입문자가 연습용으로 쓰는 이유가 있음
  • 20세기 초 수공 장식이 들어간 포켓워치 무브먼트는 eBay에서 저렴하게 구할 수 있었고, 예시로 $20짜리 초기 1900년대 무브먼트가 사용됨

층별 레진 캐스팅의 실패

  • 첫 접근은 부품을 여러 층으로 나눠 투명 에폭시 레진 안에 넣고, 각 층이 굳을 때마다 다음 층을 쌓는 방식이었음
  • UV 경화 레진은 세 가지 문제가 컸음
    • 경화 후 강한 노란색 색조가 생김
    • 약한 UV 손전등으로는 1mm 깊이도 경화에 오래 걸림
    • 층 사이 경계가 뚜렷하게 보임
  • 레진 아트에서는 이전 층이 완전히 굳기 전에 다음 층을 붓는 방식으로 경계를 줄이지만, UV 레진은 바깥에서 안쪽으로 굳어 일반 2액형 에폭시가 필요했음
  • 포켓워치 무브먼트에는 약 20개 층이 필요했기 때문에, 모든 층을 동시에 얇은 원판으로 캐스팅한 뒤 반경화 상태에서 쌓는 실험도 진행됨
  • 실리콘 몰드와 레진 원판 방식은 황변과 경화 속도 문제를 줄였지만, 층 경계와 기포, 흐르는 레진, 반경화 원판의 처짐 때문에 최종 방식으로는 부적합했음

낚싯줄로 부품을 공중에 고정하기

  • 전체 모델을 한 번에 캐스팅하려면 각 부품을 레진을 붓는 동안 정확한 위치에 견고하게 고정해야 했음
  • 지지재로는 플라이 낚시에 쓰는 모노필라멘트 나일론 리더를 선택함
    • 여러 굵기가 있음
    • 에폭시 레진과 굴절률이 비슷함
    • 가격이 저렴함
  • 낚싯줄은 감겨 있던 형태를 기억해 약간 휘었고, 오븐 그릴 팬에 반복적으로 걸어 150°C에서 약 1시간 구워 더 곧고 단단하게 만듦
  • 조립 과정은 시계 조립과 닮아 있었음
    • 핀머리로 CA 접착제를 아주 작게 찍어 부품에 바름
    • 이 동작은 시계 수리에서 베어링 면과 주얼에 오일을 바르는 방식과 비슷함
    • 단, CA 접착제는 윤활제의 정반대 성격을 가짐
  • 셀프 클로징 핀셋과 보조 집게를 이용해 폐시계 무브먼트의 분해 모델을 쌓아 올림

가정용 레진 캐스팅 공정

  • 여러 투명 에폭시 레진은 모두 상당히 투명했지만, 점도, 경화 시간, 혼합 중 기포 포집 정도가 달랐음
  • 완전히 투명한 캐스팅을 얻으려면 진공 챔버로 공기를 빼거나, 압력 챔버로 기포를 압축해야 했음
  • 선택한 방식은 진공 펌프였음
    • 캐스팅을 전체 경화 시간 동안 챔버에 둘 필요가 없음
    • 무브먼트 주변의 빈 공간에 갇힌 공기를 빼는 데 유용했음
  • 사용한 절차는 다음과 같았음
    • 몰드 부피보다 10~15% 많은 A/B 레진을 준비
    • 3분 혼합
    • 다른 용기로 옮겨 벽면의 미혼합 레진을 피함
    • 새 스틱으로 다시 3분 혼합
    • 약 -0.96bar 진공에서 30분 유지
    • 거품이 넘칠 수 있어 진공과 공기 유입을 반복해 기포를 터뜨림
    • 몰드에 붓고 다시 진공 처리함

프로토타입 1: 원통 캐스팅의 한계

  • 첫 유망한 캐스팅은 붕규산 유리 원통에서 진행됨
  • 이 단계에서 세 가지를 확인함
    • 낚싯줄은 완성물에서 특정 빛에서는 보이지만 대체로 거의 보이지 않았음
    • CA 접착제가 레진 경화에 영향을 주는지는 이 테스트로 확인되지 않았음
    • 원통형 캐스팅은 곡면에서 빛이 굴절되어 내부 구조를 이해하기 어려웠음
  • 원통보다는 큐브 형태로 캐스팅해야 한다는 결론에 도달함
  • 이후 레진 수축으로 원통이 깨졌고 다음 프로토타입으로 넘어감

프로토타입 2: 공정 정리와 개선점

  • 두 번째 프로토타입에서는 더 구조화된 공정이 사용됨

  • 분해와 세척

    • 깨끗하게 분해한 무브먼트에서 시작함
    • 휠 트레인을 브리지와 함께 조립한 뒤 피니언에 소량의 CA 접착제를 넣어 고정함
    • 납작한 부분이 있는 바늘로 작은 접착제 방울을 옮겼고, 모세관 현상으로 부품 사이에 스며들게 함
    • CA 접착제는 과도하게 쓰지 않을수록 접착이 강했고, 활성제 없이도 약 30초 안에 경화됨

  • 휠 트레인 쪽 조립

    • 복잡도가 높은 시계공 쪽부터 작업함
    • 긴 낚싯줄을 브리지 나사 끝에 붙이고, 브리지를 메인플레이트 위에 띄운 뒤 나사 구멍을 통해 위치를 맞춤
    • 키리스 워크, 모션 워크, 밸런스 조립체 같은 하위 조립체는 별도로 만든 뒤 한 덩어리로 고정함

  • 다이얼 쪽 조립과 몰드

    • 작업물을 뒤집은 뒤 다이얼 쪽도 같은 방식으로 조립함
    • 메인플레이트는 얇은 투명 나일론 실로 나무 막대에 매달아 몰드 위에 띄움
    • 2mm 두께 20×30cm 아크릴 시트를 7×10cm 직사각형으로 잘라 몰드를 만들고, 에폭시가 붙지 않는 몰드 테이프를 붙임
    • 프로토타입 2는 가능성을 보였지만, 다음 개선점이 남았음
      • 하위 조립체와 메인플레이트 사이 거리 제어가 어려움
      • 레진이 경화 중 많이 수축했고, 과열 가능성이 있었음
      • 부품 사이가 잘 보이지 않아 다음 모델은 더 크게 분해해야 했음
      • 시곗바늘 시간이 유효하지 않았고, 10:10으로 맞추는 것이 나았음

프로토타입 3: 정밀도와 밸런스 휠 연출

  • 세 번째 반복에서는 소형 가위식 랩 잭을 보조 집게와 함께 사용해 부품을 더 정확하고 직각으로 맞춤
  • 셀프 클로징 핀셋 끝에는 작은 자석을 넣어 아주 작은 나사를 부드럽게 잡았음
    • 기계식 시계에서는 자성이 시간 오차를 일으킬 수 있지만, 이 모델은 작동할 필요가 없어 문제가 되지 않았음
  • CA 활성제도 사용함
    • 분사하면 지저분해지므로 뚜껑 있는 용기에 뿌린 뒤 핀셋으로 작은 방울을 옮김
    • 한쪽 면에는 CA 접착제를, 다른 면에는 활성제를 묻힌 뒤 빠르게 맞붙이는 방식이 효과적이었음
  • 밸런스 휠은 헤어스프링에 매달린 형태로 캐스팅됨
    • 밸런스 휠은 휠 트레인의 끝에서 메인스프링 에너지를 시간당 18,000번씩 방출함
    • 밸런스 조립체는 무브먼트의 심장이자 가장 섬세한 부품임
    • 헤어스프링 형태를 보이기 위해 밸런스 휠을 자유롭게 매달았고, 이를 위해 전체 조립체를 거꾸로 캐스팅해야 했음

프로토타입 4: PT5000 손목시계 무브먼트

  • 네 번째 프로토타입은 Bartosz의 글에서 본 ETA 2824 계열에 해당하는 손목시계 무브먼트로 진행됨
  • 정품 ETA 2824에 €300을 쓰는 대신 중국산 PT5000 클론을 사용함
  • PT5000은 중국에서 양호한 작동 상태로 도착했고, 수평·수직 위치 간 편차가 작고 진폭도 좋았음
  • 분해 전 세척 과정에서는 인상이 나빠짐
    • 무브먼트가 오일에 심하게 젖어 있었음
    • 여러 브리지에 날카로운 버가 있었고 세척 중 떨어져 나감
    • 파손된 부품은 없었음
    • 실제 사용 전에는 제대로 된 서비스를 받아야 할 무브먼트로 판단됨
  • 작은 부품은 걱정보다 다루기 쉬웠고, 0.7mm 나일론 낚싯줄은 대부분의 나사 구멍에 들어갔음
  • 특별히 주의가 필요한 부품은 밸런스 스태프의 피벗을 충격에서 보호하는 밸런스 쇼크 스프링이었음
    • 오래된 포켓워치에는 일반적으로 없는 부품임
    • 쇼크 스프링을 실리콘 위에 평평하게 놓고 CA 접착제 한 방울을 올려 내부 디스크를 채움
    • 경화 후 투명한 내부를 가진 스프링을 들어 올릴 수 있었음
    • 이는 시계 바늘에 야광 물질을 바르는 방식과 같은 요령임
  • 조립은 순조로웠지만 캐스팅은 실패에 가까웠음
    • 몰드가 진공 챔버에 편하게 들어가기에는 약간 너무 컸음
    • 급히 지지 구조를 수정하면서 모델이 비뚤어짐
    • 레진이 날짜 표시 링의 페인트를 녹여 우윳빛 줄무늬가 생김
  • PT5000 분해, 세척, 분해도 조립에는 약 18시간이 걸렸고, 공정을 개선하면 15시간 아래로 줄일 수 있을 것으로 보였음

최종 손목시계 모델

  • 네 번째 프로토타입 이후 남은 과제는 도색면 밀봉과 진공 챔버 크기 제한을 기억하는 것이었음
  • 케이스와 금속 밴드가 포함된 또 다른 PT5000 완성 시계를 구입해 도색면 보호 실험을 진행함
  • 실패한 방법은 다음과 같았음
    • CA 접착제는 에폭시 레진처럼 페인트를 녹였음
    • UV 경화 CA 접착제는 페인트 위에서 경화되지 않았음
    • UV 경화 에폭시 레진도 마찬가지였음
  • 철물점의 투명 스프레이 래커는 페인트를 녹이지 않았음
    • 최종 캐스팅에서 노랗게 변했지만 허용 가능한 결과였음
  • 낚싯줄을 같은 길이와 직각 끝면으로 자르는 더 나은 지그도 제작됨
  • 최종 조립에서는 시계공 쪽 무브먼트를 조립해 케이스에 고정하고, 뻣뻣한 종이 튜브로 절반 완성품을 공중에 유지한 채 다이얼 쪽 작업을 이어감
  • 완성된 조립체는 너무 약해 그대로 둘 수 없어 레진 캐스팅으로 마감됨

최종 결과와 남은 여지

  • 최종 캐스팅은 완전한 거울 마감으로 샌딩할 도구나 지식은 없었지만, 처음 목표였던 실제 기계식 시계의 손에 들 수 있는 분해 전시물을 달성함
  • 전체 과정은 약 2.5년 동안 이어졌고, 완성물은 사진으로 담기 어려운 결과물로 남음
  • 더 복잡한 손목시계 무브먼트도 존재하기 때문에 이후 작업을 계속할 가능성이 있음
  • Bartosz Ciechanowski의 블로그 글이 없었다면 이 프로젝트는 시작되지 않았고, 최종 캐스팅을 그에게 보내고 싶어 함

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GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • 저자가 내가 좋아하는 무브먼트 중 하나인 PT5000을 쓴 걸 보고 반가웠음
    글에서 말한 대로 흔한 ETA 2824-2의 중국산 클론이고, AliExpress에서 파는 저가 시계에 많이 들어감. 사파이어 크리스털, 세라믹 베젤, 야광, 완전 방수까지 갖춘 Submariner 오마주를 100달러에 살 수 있는데, 시간 정확도는 스위스 시계처럼 COSC 기준 안에 들어감. 내가 팔기 전에는 하루 +5초로 가고 있었고, 중국 시계 산업은 정말 볼 만함

    • 정말 대단함. 시계를 레진으로 망치지 않을 때는 정비하는 걸 즐기고, 다음에는 크로노그래프가 어떻게 작동하는지 배우려 함
      지금 ST19 무브먼트가 오는 중인데, 이것도 가격이 매우 합리적이고 신뢰할 만한 완전 기계식 컬럼 휠 크로노그래프임. 중국에 경의를 표하게 됨
    • AliExpress에서 기계식 시계 클론을 살 때 참고할 만한 자료가 있을까? 하나 사보고 싶은데, 결제하기 전에 어디서 가성비 좋은 걸 찾을 수 있는지 감을 잡고 싶음
    • 소비자 전자제품에서 쓰이는 가공·조립 공정에 익숙한 것도 중국 시계 산업에 큰 도움이 됐을 것 같음

  • 이미 생각해봤겠지만, 레진의 굴절률을 바꿀 방법이 있다면 낚싯줄을 완전히 안 보이게 만들 수 있을 것 같음

    • 진지하게 생각해본 적은 없었음. 어떤 첨가제가 그렇게 만들 수 있을까?
      수정: 빠르게 찾아보니 광학 쪽에 이미 선행 사례가 꽤 많음. 젠장, 아직 끝난 게 아닐지도 모르겠음
    • 비슷한 맥락에서, 원통형으로 만들면 비스듬히 볼 때 굴절이 줄어들지 궁금함

  • “Bartosz, 이 글을 보고 있다면 연락해 주세요. 최종 캐스팅을 보내드리겠습니다. 당신의 블로그 글이 없었다면 이 프로젝트는 시작되지 않았을 겁니다.”라는 마지막 배려가 좋았고, 사이드 프로젝트 결과물의 완성도도 인상적임

  • 나도 가장자리에 비슷한 “입술”이 생긴 레진 캐스팅을 해본 적이 있음. LGA CPU 소켓을 컵받침으로 만들었는데, 일반 사포를 점점 고운 입도로 바꿔가며 꽤 쉽게 갈아내서 거의 완벽한 직육면체를 만들 수 있었음
    평평함은 사포를 평평한 표면에 테이프로 붙이고 부품을 움직여서 얻었음. 오래돼서 마지막에 연마제를 썼는지, 사포만으로 충분히 좋은 마감이 나왔는지는 기억이 잘 안 남

    • 맞는 말일 것 같지만, 나 자신을 알기에 금방 사포질에 질릴 것 같음. 여섯 면을 5~6종류 사포로 갈아야 하니 오비탈 샌더가 갖고 싶어질 듯함
      그다음엔 표면을 광내야 할 텐데, 엄청난 손작업이거나 연마/버핑 도구가 필요함. 도구와 먼지를 둘 작업실이 있다면 해보겠지만, 지금은 작은 아파트 거실에서 하는 중임
      신뢰할 만한 에폭시 판매사가 설명한 과정은 여기 있음: https://www.youtube.com/watch?v=9-WYOK90KNo
    • 목공 선반으로 원통형으로 깎을 수도 있을 것 같음. 광낸 나무 펜처럼 선반에서도 꽤 좋은 연마가 가능함. 실력이 있으면 끝부분을 둥글게 만들 수도 있을 듯함
    • 정말 평평한 표면이 필요하면 유리 조각에 사포를 테이프나 접착제로 붙이면 됨. 일정한 각도를 만들 때 아주 잘 먹힘
      출처: 이 방법으로 칼을 진짜 말도 안 되게 날카롭게 만들 수 있음

  • 멋짐. 카메라 같은 물건을 레진에 넣고 워터젯 커터로 잘라서, 다른 버전의 분해도처럼 보이게 만들던 예술가가 떠오름. 링크는 못 찾겠음

  • 한편으로는 신성모독처럼 느끼고 싶기도 함. 이런 것들은 놀라운 기계이고, 마법은 작동 원리를 보는 데만 있는 게 아니라 수십 년 동안 계속 안정적으로 작동하고, 고장 났을 때 https://www.youtube.com/@WristwatchRevival 같은 곳에서 다시 고쳐지는 걸 보는 데에도 있음
    그래도 이건 정말 멋짐. 어릴 때 형제가 모래, 조개, 작은 식물을 넣어 바닷속처럼 보이는 작은 레진 조각을 만들곤 했음. 나도 여러 번 같은 취미를 해보려 했지만 항상 너무 성급해서 제대로 굳기 전에 지문이 잔뜩 묻은 결과물이 됐음

    • 골동품점에서 회중시계는 놋쇠 무게값으로 팔림. 완전한 상태지만 청소와 새 윤활만 하면 다시 살아나는 걸 찾는 건 비교적 쉬움
      관심 있는 소유자보다 회중시계가 10배는 더 많음. 놀라운 기계이긴 하지만, 가장 큰 용도는 시계 수리 견습생을 위한 연습 재료임
      수리비가 비싼 건 기술과 도구를 가진 사람이 적기 때문이고, 수요도 매우 낮음. 나도 두 개 갖고 있음
    • 이걸 교육용 도구로 생각하면 좀 도움이 될까? 이 프로젝트에 영감을 준 디지털 버전의 목적이 말 그대로 그거였음
    • 수리 과정을 보는 건 마법인데, 메커니즘이 어떻게 작동하는지 보는 건 마법이 아닌가? 후자를 감상하지 않으면서 전자에서 즐거움을 얻는 게 어떻게 가능한지 잘 모르겠음

  • 굳기 전 한동안 젤처럼 있다가 고체가 되는 투명 물질은 없을까? 그러면 부품을 그 안에 매달아두고 손으로 살짝 밀어 최종 위치를 잡을 수 있을 텐데
    젤 서스펜션 3D 프린터와 비슷하지만, 마지막에 젤을 씻어내는 대신 굳는 방식임. https://www.youtube.com/watch?v=swB5-GzX3nQ
    SLA 3D 프린터 레진의 점도가 어느 정도인지는 모르지만, 충분히 끈적하게 만들 수 있다면 부품을 그 안에 띄워두고 원하는 만큼 위치를 조정한 뒤, 전체에 충분한 자외선을 쏴서 한 번에 경화시킬 수 있을 것 같음

    • 젤 같은 레진은 있지만, 공기 포획 문제가 엄청날 것임. 이런 걸 만드는 데 지름길은 사실 없음
      층별로 캐스팅하는 게 가장 흔한 접근이지만, 글에서 말했듯이 굴절률의 미세한 불연속을 피하기가 어려움
    • 유체라면 항상 부력과 밀도 문제가 생길 것 같음. 매달고 싶은 물체가 굳기 전에 위로 뜨거나 아래로 가라앉으려 할 테니까
      다만 같은 굴절률의 구슬 같은 걸 쓰고, 모든 게 제자리에 놓인 뒤 레진을 붓는 방식은 가능할지도 모르겠음. 적어도 물에서는 그런 장식용 방식이 쓰이는 걸 봤음
      무슨 말인지 보여주는 임의의 영상: https://www.youtube.com/shorts/LuTlY6DkHQw

  • 결과물이 정말 멋짐. 이런 건 전시하고 싶어 할 박물관도 있을 것 같음
    그리고 https://ciechanow.ski/는 그 자체로 엄청난 영감임

  • 지지대가 같은 굴절률을 갖는다면 보이지 않아야 함

    • 맞음. 나일론과 에폭시 레진은 굴절률이 비슷하지만 완벽하진 않음. 나일론 대신 에폭시로 얇은 막대를 캐스팅해보려 했지만 좋은 결과를 얻지는 못했음
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