3D 打印光學通道的三維模型創建是一個融合天文計算、光學模擬與工程設計的過程，核心是通過精確建模讓陽光穿過特定幾何結構后形成預設的光影圖案（如數字、符號）。以下是具體步驟與技術要點：
一、核心原理：基于太陽軌跡的光路設計
光學通道的三維模型需滿足 **“太陽位置 - 通道結構 - 投影圖案” 的對應關系 **：
太陽在不同時刻的方位角（水平角度）和高度角（垂直角度）是設計基礎，需根據使用地點的經緯度、季節變化計算太陽軌跡。
通道的幾何形狀（如孔徑位置、傾斜角度、內部反射面）需精確匹配太陽光線方向，使特定時刻的陽光通過通道后，在接收面（地面、墻面）投射出清晰的數字或圖案。
二、三維模型創建的關鍵步驟
1. 太陽軌跡數據計算
天文參數獲取：
通過天文算法（如使用PyEphem、Astropy等工具）計算目標地點（緯度、經度）全年或特定時段的太陽位置（方位角、高度角），生成時間 - 角度對應數據表。
例：若需在每天 9:00-17:00 投射數字，需計算該時段內每 10 分鐘的太陽角度變化。
關鍵時間點篩選：
針對需顯示的每個數字（如 “10:00”），提取出對應時刻的太陽角度，作為后續這些角度設計對應的通道通道需只在該時刻讓光線精準投射出目標數字。
2. 光學路徑模擬與通道設計
光線追蹤模擬：
使用光學設計軟件（如Zemax、TracePro或開源工具Blender的光線追蹤追蹤功能），模擬陽光從太陽方向入射，通過通道結構后的傳播路徑。
設定光源方向為目標時刻的太陽角度，在虛擬接收面上（如地面）上標記需形成的數字輪廓（如 7 段數碼管的筆畫位置）。
反向推導：從接收面上的數字筆畫位置，反向追蹤光線至入射端，確定通道的內壁反射路徑或直射路徑，形成通道的三維輪廓。
通道結構優化：
若采用反射原理：通道內壁需設計成鏡面反射面（如傾斜 45° 的反光壁），通過多次反射改變光路方向。
若采用直射原理：通道需設計為精準的錐形或柱狀孔洞，確保特定角度的光線可直射通過，其他角度光線被遮擋。
需避免光路交叉干擾（不同時間的通道需獨立，防止光線串擾導致圖案模糊）。
3. 三維建模與參數化設計
基礎建模工具：
使用 CAD 軟件（如Fusion 360、SolidWorks）或參數化建模工具（如Grasshopper），將光學模擬得出的通道路徑轉化為實體模型。
對于復雜的多通道結構（如同時時顯示多個數字），需將每個數字對應的通道設計為獨立模塊，再組合成整體結構。
考慮 3D 打印可行性：通道內徑需≥0.8mm（避免打印時堵塞），壁厚≥1mm（保證結構強度），內部拐角處做圓角處理（減少打印層紋對光線的散射）。
參數化關聯：
將太陽角度數據與模型尺寸關聯，例如：當緯度變化時，通道的傾斜角度可自動調整（通過Grasshopper的腳本實現），便于適配不同地區使用。
4. 材料特性適配
透光與反射設計：
若通道需透光：選擇高透光材料（如樹脂類的Formlabs Clear Resin），模型表面需設計為光滑內壁（減少光線散射）。
若通道需反射：可在模型內壁預留涂層空間（如打印后噴涂金屬反射漆），或直接使用含金屬粉末的復合材料打印。
熱穩定性考量：
戶外使用時，材料需耐受溫度變化（如 ABS、PETG），避免熱脹冷縮導致通道變形，影響光路精度。
5. 仿真驗證與迭代優化
投影效果模擬：
在建模軟件中進行虛擬測試：輸入不同時刻的太陽角度，檢查投影圖案是否清晰、是否存在偏差。例如，若 “3” 的筆畫缺失，可能是對應通道的角度計算錯誤，需重新調整光路。
物理測試修正：
打印小比例原型（如 1:5），在陽光下實際測試投影效果，記錄偏差數據（如數字偏移、模糊），反推模型尺寸誤差（如通道角度偏差 0.5°），通過 CAD 軟件修正后重新打印。
三、案例：數字日晷的 3D 打印模型設計
以法國 Mojoptix 數字日晷為例，其三維模型創建邏輯如下：
計算巴黎地區（北緯 48.8°）的太陽軌跡，確定每天 8:00-18:00 的太陽角度。
為每個小時的數字（如 “9”“10”）設計獨立的光學通道：
通道入口為傾斜的矩形孔（匹配對應時刻的太陽高度角），出口在晷面底部形成數字筆畫的形狀。
通道內壁設計為光滑曲面，確保光線經 1-2 次反射后精準投射。
使用Rhino建模，將所有通道集成在一個直徑 30cm 的半球形結構中，通過Cura切片時選擇 0.1mm 層高（提高精度），最終用透明樹脂打印。
總結
3D 打印光學通道的三維模型創建核心是 **“天文數據驅動光學設計，光學設計指導結構建模”**，需平衡科學性（太陽軌跡計算）、光學性能（光路精度）與工程可行性（3D 打印工藝限制）。通過參數化工具與仿真軟件的結合，可高效實現 “光線 - 結構 - 圖案” 的精準映射，這也是數字日晷、光影藝術裝置等應用的技術基礎。

有現成的數模 https://makerworld.com.cn/zh/models/246761-shu-zi-ri-gui?from=search#profileId-177728         需要代打么

試著找了一下來源，這是一位法國博主的項目，這是他的博客https://www.mojoptix.com/和油管頻道https://www.youtube.com/watch?v=wrsje5It_UU，感覺還是非常NB的。打印文件是開源的，網上應該很容易下載到。

這個有實物做出來的。

我咋感覺沒可能呢...

二、純光學投影的數字化創新
這類設計完全摒棄電子元件，通過精密光學結構將陽光轉化為數字時間：
3D 打印光學通道
采用 3D 打印技術制造帶有狹縫或孔洞的晷針和晷面，陽光通過特定幾何結構投射出數字形狀。例如，法國工程師 Mojoptix 設計的數字日晷，通過計算太陽軌跡生成三維模型，使陽光穿過通道后在地面形成阿拉伯數字，精度可達 20 分鐘。

@忘川 發表于 2025-8-1 22:07
有現成的數模 https://makerworld.com.cn/zh/models/246761-shu-zi-ri-gui?from=search#profileId-177728   ...

給我個郵箱 我給你發數模

真牛逼

@忘川 發表于 2025-8-1 22:07
有現成的數模 https://makerworld.com.cn/zh/models/246761-shu-zi-ri-gui?from=search#profileId-177728   ...

這個數模能根據目標經緯度調整嗎？

沒太陽怎么辦？

如同看到一個人研究出了磚木取火新方法