“上文DIY 流體模擬吊墜（一）：理論與第一個吊墜的制作介紹了流體模擬的理論并打造了第一個吊墜，現(xiàn)在繼續(xù)制造第二、三個吊墜......”

第二個吊墜的制作

在組裝那個承諾要加裝表鏡的第二個吊墜之前，我想先修改一下PCB，把復(fù)位電路、喚醒二極管和硬件監(jiān)控芯片都集成進去。

與 TPS7A02 同系列的 TPS3839 電源電壓監(jiān)控芯片，同樣有著一些令人驚艷的特性，并且采用了同樣微小的封裝。它 150nA 的供電電流聽起來可能比穩(wěn)壓器的 25nA 多不少，但當(dāng)你退一步看，就會意識到這兩個數(shù)字小到基本可以忽略不計。紐扣電池的容量是 120mAh，所以即使是 1000nA 的電流，也需要超過13年才能耗盡它。在這樣的時間尺度上，做這種推算并沒有太大意義，因為還有自放電、非線性效應(yīng)等因素。

那個穩(wěn)壓器基本上是一個理想元件，壓差和靜態(tài)電流都小到可以忽略不計。但它比普通穩(wěn)壓器要貴不少，大概要花1美元。

我選擇的監(jiān)控器在 3.08V 時切斷電源，這個閾值足夠保守。如果電池電量低到這個水平，我們?nèi)匀挥凶銐虻挠嗔孔屗诩茏由戏艓啄甓粫p害電池的化學(xué)性能。很多鋰電池保護電路在 2.5V 時切斷，你可能會好奇為什么我沒有使用市售的鋰離子保護電路，那樣的產(chǎn)品有很多。普遍的共識是，你不應(yīng)該讓鋰電池的開路電壓低于 3.0V。但在實際使用中，如果電池上有負載，其兩端的電壓會低于開路電壓。因此，大多數(shù)電池將其欠壓保護設(shè)置在 2.5V，以防止在電池有重負載時過早觸發(fā)。

對于我們約 10mA 的負載，再加上我前面提到的不想把電池徹底用光的想法， 3.08V 的閾值是完全合理的。保護電路通常會在通往電池的路徑上增加幾個低壓 MOSFET，而它們本身也會消耗一些電量。我的計劃是將監(jiān)控芯片連接到穩(wěn)壓器的使能引腳。我早先曾嘗試在連接充電線時通過脈沖信號控制穩(wěn)壓器的使能引腳，但沒有成功。我后來發(fā)現(xiàn) TPS7A02 有兩個版本：TPS7A0233DQNR 和 TPS7A0233PDQNR。P版本多了一個“主動放電”電路，會在穩(wěn)壓器被禁用時啟動。而非P版本只是讓微芯片及其電源電容在那里自然放電，直到耗盡。如果微控制器處于深度睡眠狀態(tài)，那可能需要很長時間。

我可能在改變電路電壓時，人為地造成了過快的耗電，但我發(fā)現(xiàn)我最初使用的非P版本穩(wěn)壓器在監(jiān)控器觸發(fā)時引起了一些問題。STM32上可能有也可能沒有掉電監(jiān)測電路，但通過在閾值附近反復(fù)波動電壓，確實有可能將電路鎖存到另一個軟鎖定狀態(tài)。我訂購了P版本的穩(wěn)壓器，用熱風(fēng)槍換上后，問題就消失了。

更新后的PCB底層：

兩個X2SON封裝的元件放得可能太近了，這使得返工比預(yù)想的要困難。

我并不是想批量生產(chǎn)這些東西，但一次組裝好幾個，萬一要做第三個或第四個吊墜時，效率會更高。

我一次在加熱臺上做了四塊板子。

有趣的是，這次生產(chǎn)廠家在拼板的邊料上增加了銅填充塊。我對此沒什么意見，但這確實回答了我的一個疑問，那就是他們是否關(guān)心這類事情。大家擔(dān)心的是蝕刻不均勻，以及如果需要去除大面積的銅會浪費時間和蝕刻劑。我習(xí)慣性地避免大面積無銅區(qū)域，但對于拼板的邊緣，我見過各種各樣的做法。當(dāng)然，這些板子也足夠小，我們通常不會考慮這個問題。

對于背面的元件，我用熱風(fēng)槍分別處理每塊板。對于最初的電路，我把板子平放在一塊耐熱瓷磚上，像往常一樣用熱風(fēng)吹元件。這方法奏效了，但可能更多是靠運氣。第二塊電路在過程中被碰了一下，導(dǎo)致一些LED移位，后續(xù)的返工非常繁瑣。對于這四塊板，我用拼板夾住PCB，在LED僅靠表面張力懸掛在下方的情況下用熱風(fēng)槍加熱，效果很好。

彈簧針被輕輕撬了一下，以確保它們真的能立起來。當(dāng)安裝電池時，它會把彈簧針壓到合適的高度，希望能獲得最好的接觸效果。

在等待P版本穩(wěn)壓器到貨期間，我嘗試用一個MOSFET實現(xiàn)我自己的主動放電電路。我甚至不記得它是否奏效，但我還留有一些過程中的照片。X2SON芯片是1mm見方，所以這一切都顯得很擁擠。

我想如果第二個X2SON芯片旋轉(zhuǎn)90度，我們返工這些零件會容易得多。

第二個吊墜的組裝過程與第一個大致相同。這張在金工期間試裝表鏡的定格畫面上，有一個漂亮的大指紋印，這樣你才能真正看清它的存在：

在安裝好連接環(huán)并給金屬鍍金后，我將玻璃完全壓入，然后將PCB安裝到內(nèi)部。這個順序可能做反了，因為焊接PCB時加熱了玻璃周圍的墊圈，導(dǎo)致一個地方輕微融化。這個微小的瑕疵只有在顯微鏡下才能真正看到。

玻璃使得第二個吊墜比第一個厚了 1mm。不過那個充電指示燈上的環(huán)氧樹脂彎月面倒是很漂亮。

第三個吊墜的制作

鍍之前吊墜鍍金表面上的瑕疵，以及那些沒打磨掉的刀痕，可能除了我之外沒人在意，但這些瑕疵一直讓我耿耿于懷，于是我決定再做一個。既然現(xiàn)在知道安裝表鏡比我想象的要簡單，我也借此機會重新設(shè)計了外殼，完全取消了壓入式的后蓋。

表鏡是“可拆卸”的，因為我們有可能把它取出來：可以用我沒有的特殊吸盤，可以用熱熔膠粘一個把手上去，或者在最壞的情況下，打碎玻璃。替換的玻璃一片只要50便士左右，所以就算打碎了也沒那么瘋狂。有了充電控制器和欠壓保護，應(yīng)該不需要更換紐扣電池了，它應(yīng)該可以經(jīng)受數(shù)百次充電循環(huán)，每次充滿電大約可以使用十個小時。所以一個密封的外殼，唯一的入口就是取下玻璃表面，這個方案很有吸引力。

金屬加工現(xiàn)在簡單多了，只是一個單一的鉆孔杯形結(jié)構(gòu)，而不是壓入式后蓋組件?？偤穸纫矞p少了大約一毫米。

如果我從一開始就計劃這樣組裝，我會相應(yīng)地調(diào)整PCB尺寸。但我真的不想再改版了，特別是因為沒有進一步的電氣更改要做。（而且我已經(jīng)“高效地”組裝了另外三塊板子……）

我們面臨的問題是磁吸接口需要先安裝，這意味著需要用軟線連接。我用了一些我常備的36AWG絞合線。電池的接地是通過外殼連接的，所以我們也需要一個到外殼的電氣連接。以前這是通過直接將PCB焊接到外殼上來實現(xiàn)的。我想到磁吸接口是壓入孔中的，所以即使在用環(huán)氧樹脂固定后，接口和外殼之間也應(yīng)該有不錯的導(dǎo)電性。這意味著使用磁吸接口的接地端作為電池電流的回路應(yīng)該是可行的。我后來用萬用表測試了這一點，外殼和PCB地之間的電阻測量結(jié)果是（完美到可疑的）0.00Ω。

我在計算深度時沒有留出公差，當(dāng)我進行試組裝時，很明顯壓入玻璃可能會壓壞電路。吊墜的背面厚度是1mm，所以有足夠的空間讓它再深一點，但現(xiàn)在唯一的方法就是用手費力地把它刮深。你可以在上圖中看到刮痕。我用記號筆涂滿整個表面，然后刮掉直到所有記號筆印記都消失。每刮一次大約能去除50μm。我最終去掉了大約0.3mm。

我沒有為PCB增加一個讓它安放的臺階，這或許是個失誤。也沒有定位結(jié)構(gòu)來阻止PCB在殼體里旋轉(zhuǎn)。我的希望是（事實證明也基本正確）PCB稍微偏大一點，摩擦力足以阻止它旋轉(zhuǎn)。

現(xiàn)在用于安放玻璃和墊圈的臺階非常小。我在訂購更多墊圈時犯了個錯誤，選擇了0.35mm厚的。我在做金工時及時注意到了這一點，但這意味著我們的凹槽直徑只有28.2mm，而孔徑是28.0mm。這使得在墊圈歪斜的情況下，很容易意外地將玻璃推入，導(dǎo)致它越過臺階。

一個解決方案是把PCB直徑做得小一些，這樣臺階就會大一些。我考慮的另一個解決方案是制作一種類似活塞環(huán)或卡簧的零件，可以放在PCB和玻璃之間，環(huán)繞著LED，并提供一個平坦的表面來壓緊玻璃和墊圈。

最后，只要小心地推入玻璃就足夠了，但這比本應(yīng)有的要麻煩。

沒有了壓入式后蓋意味著磁吸接口現(xiàn)在明顯偏離中心，但我認為在美學(xué)上是可以接受的。我把充電指示燈LED的孔縮小到了0.7mm。表面經(jīng)過了適當(dāng)?shù)拇蚰ズ蛼伖?，看起來比以前好多了，但最終結(jié)果仍然因各種瑕疵而打了折扣。其中一些可能是由于我電鍍后拋光不力，另一些可能是向人們炫耀吊墜時留下的劃痕和刮痕（上圖是在組裝幾個月后拍攝的）。

結(jié)果最大的問題是背面，它雖然經(jīng)過了拋光，但不知何故看起來像是我試圖做出鏡面效果卻失敗了的樣子。下一個吊墜的背面必須用研磨（lapping）工藝來處理了。

第四個及以后的吊墜

對于第四個及后續(xù)的吊墜，我多鉆深了零點幾毫米，以便電路可以舒適地安裝。唯一的其他區(qū)別是后表面進行了研磨，這包括將砂紙粘在平坦的表面上，然后將黃銅件在上面摩擦，逐步使用更細的磨料。我重復(fù)使用了那個塑料心軸來固定工件。

在研磨之前，切斷后留下的外殼背面無論如何都需要進行端面加工。我沒有用軟爪夾頭，而是充分利用了Hardinge車床主軸上的5C夾頭座。你取下卡盤，將夾頭直接滑入主軸。這可以均勻地夾持零件，非常精確地定心，并且不會損傷外表面。

值得記住的是，這個挖空零件的表面現(xiàn)在厚度不到一毫米。在用這種方法做了幾個并變得過于自信之后，我最終在一次端面加工時切削量過大，直接把它切廢了。從好的方面來說，再次挑戰(zhàn)極限是件好事，權(quán)當(dāng)校準自己的手感了。

我花了不少時間來改進連接環(huán)的安裝過程。正確的做法不是搖搖欲墜地平衡零件，而是用軟線把它們綁在一起。

這次我沒有用噴燈，而是用了熱風(fēng)槍，它可以完全控制風(fēng)量和溫度，代價是最高溫度低得多。但對于我們的軟焊料來說完全足夠了。助焊劑會使拋光的黃銅失去光澤，這問題不大，因為我們之后會電鍍它，但我還是努力將多余的助焊劑引向吊墜內(nèi)部，你可以看到上面深紅色的流淌痕跡。

這是我做得比較好的一個，在焊角周圍只有一圈極小的變色金屬。

而不太小心的嘗試最終會留下難看的流淌痕跡。助焊劑可以清理掉，但黃銅永久地變紅了。

不過，沒什么問題是電鍍無法掩蓋的。

顯然，“軟鐵綁線”是正確的材料。我訂購了一些，發(fā)現(xiàn)它比銅線更有彈性（也更難用）。

深色的氣泡是尚未清理的助焊劑。我沒有用酸洗這些零件，只是用助焊劑清潔劑和塑料刷擦洗了它們。一些接頭清理得非常漂亮。

這絕對是一個熟能生巧的領(lǐng)域。我一直嘗試直到滿意為止，并在此過程中制作了一大堆吊墜。

如前所述，鍍金不會附著在錫焊料上。我決定干脆接受這種對比，把它當(dāng)作一點視覺上的點綴。

用環(huán)氧樹脂固定接口比以前更繁瑣，因為我們需要在周圍形成良好的密封，但又不能覆蓋焊點。對于第三個吊墜，我是在涂環(huán)氧樹脂之前將線焊接到接口上的，但這在刮削階段給我?guī)砹寺闊?。在這里，只有當(dāng)我們準備好安裝PCB時才焊接線纜更有意義，但我們需要小心不要在這個過程中讓環(huán)氧樹脂過熱。

那張照片里的接頭看起來比實際情況要糟糕。

很快，這套組裝流程中的難點都被我攻克了，我形成了一套常規(guī)操作。

不得不說，微距鏡頭真是個“照妖鏡”，所有瑕疵都一覽無余。

我不是沒考慮過用純金來打造這個吊墜。在處理貴金屬時，我們顯然需要對材料浪費更加小心，從一整塊金上加工它可能不太現(xiàn)實。我考慮過用銀，這在經(jīng)濟上更寬容一些，但（在制作第一個吊墜時）覺得壓入式后蓋太復(fù)雜了。然而，這種新的杯形設(shè)計可能是可行的。用一條銀帶彎成一個環(huán)，焊接到一塊銀片上，可以以很少的損耗通過增材的方式制造主體，也許只需在車床上進行一次輕微的精修。我們甚至可以做成鍍金的銀（vermeil）。

我在均勻地壓入帶墊圈的玻璃方面做得好了一點。這是第六個吊墜。

在制作了第七個吊墜后，我（有點太晚地）意識到我應(yīng)該在充電接口周圍增加一些保護措施。不小心地將磁鐵吸在一起經(jīng)常會產(chǎn)生火花，即使在區(qū)區(qū)5V電壓下，就像我試圖演示復(fù)位電路時這張定格畫面捕捉到的那樣：

反復(fù)這樣做會很快腐蝕兩個部件。這就像一個簡陋版的電火花加工（EDM）。

我們可以通過先連接線纜的磁吸端，然后再插入USB來避免這些火花，但這把責(zé)任推給了用戶。我還意識到，如果你以一個刁鉆的角度將接口推到一起，偶爾可能會反接極性。如果我早點想到的話，加一個二極管就可以輕易地防止這種情況。

這里的小紅色充電指示燈，被我的工作室燈光有些蓋過，工作得非常好。環(huán)氧樹-脂將一小圈紅光投射到線纜上，效果很清晰，除非在我那純白色的“煉獄”工作臺上。

在這里，我將一個吊墜與一枚 1 英鎊硬幣進行比較。

再一次，與一枚50便士硬幣比較。我不記得我上一次在交易中使用硬幣是什么時候了，肯定是很久以前的事了，但我保留了這一小把硬幣專門用于尺寸比較。

當(dāng)我第一次開始向人們展示吊墜時，我真的很想要一個小盒子來攜帶它。就在EMF（一個活動）之前，我隨手抓起了一個裝尼康F3對焦屏的塑料容器。那個小亞克力盒子幾乎完美地適合吊墜，海綿內(nèi)襯牢固地固定著它，透明的蓋子意味著我可以在不拿出來的情況下演示吊墜。把它扔進我的包里而不用擔(dān)心它被弄壞，這一點尤其好用。

我試圖找到類似的塑料容器貨源，但運氣很差，最終我找到了一個大小相似的塑料盒子。我在里面加了一個用防靜電泡沫制成的內(nèi)襯，用激光切割得非常漂亮。

這就夠了。市面上有很多珠寶盒和盒子可以買，但沒有一個看起來合適的。我考慮過做一個更高級的盒子，也許是用一些漂亮的硬木配上玻璃鑲嵌，但最終被其他事情徹底分心了。

不過我一直在不斷地制作吊墜。

那是十個完成的吊墜，盡管其中有幾個有瑕疵。這似乎是一個停下來的好時機，因為它也用完了所有已貼片的電路板。

我想如果我還要造更多的吊墜，設(shè)計應(yīng)該更新以更好地安放玻璃和墊圈。一種方法是把PCB做得小一點。同時，我們可以增加一個缺口或切口來正確定位它?，F(xiàn)在的孔比電池大很多，所以我們可以為PCB增加另一個臺階，底部再開一個用于連接器線纜的切口。

我在這個過程很晚的時候才尷尬地注意到，玻璃和墊圈都有極性。玻璃頂部和底部的邊框大小是不同的。從美學(xué)上講，我不確定我更喜歡突出的邊框還是把它朝下更好。更重要的是，在顯微鏡下，墊圈是不對稱的。我在不同吊墜上壓入玻璃時確實遇到了不同程度的困難，不知道這是否產(chǎn)生了影響。另一方面，對于有幾個吊墜，我想我可能把孔開得稍微大了一點，因為玻璃壓入得太容易了。我們可以通過換用更厚的墊圈來解決這個問題。

對于最后幾個吊墜，我像生產(chǎn)線一樣制作它們，為此我擺弄了數(shù)顯表（DRO），直到把它調(diào)到可以分配不同刀具并記住它們位置的模式。Multifix刀架很棒，理論上讓我們可以在不擔(dān)心丟失位置的情況下更換刀具。每次我裝上微型鏜桿，我告訴數(shù)顯表那個刀具已經(jīng)裝上，然后就可以開始切削而無需測量任何東西。這非?？臁?/p>

風(fēng)險是在更換刀具時，一些微小的金屬屑卡在接觸面之間，導(dǎo)致刀具發(fā)生輕微偏移。Multifix刀架的設(shè)計應(yīng)該使這種情況不太可能發(fā)生，但誰說得準呢。我確實注意到了壓入玻璃所需的不同力度。

我們用的玻璃是“礦物玻璃”，也是最便宜的。我訂購了一塊藍寶石玻璃，只是想看看花十倍的錢能得到什么。我還沒把它裝到吊墜上。另一個選擇是“亞克力水晶”，這有點不同。它不是用墊圈，而是足夠柔韌，在壓入時會輕微變形。有很多可以試驗的東西。

結(jié)論

我很高興終于發(fā)布了這個項目。這是那種一直懸在我心頭的項目之一，我真的需要發(fā)布它，但同時它又引出了許多其他項目，而在它之前發(fā)布那些項目又沒有意義，所以我最終陷入了一種僵局。我終于自由了?。ǔ四橇硗鈨蓚€懸在我心頭的項目……）

我沒有做的一件事，是在背面刻上任何信息。我認為刻上日期和序列號會是一個不錯的點綴。我不知道是否可以用激光蝕刻黃金，但也許用一些打標液可能會奏效。

我的目標不是為了出售它，但至少把我已經(jīng)造好的一些吊墜拿出來賣也沒什么理由不這樣做。然而，價格必須反映所花費的時間，這使得那些只對吊墜有隨意興趣的人望而卻步。有沒有可能大規(guī)模生產(chǎn)一個簡化版，以更合理的價格出售呢？

我第一次看到那種薄型磁吸充電接口的智能戒指時，它便宜得驚人。它有一個nRF52芯片、弧形鋰聚合物電池、心率/血氧傳感器，以及戒指外殼和充電接口。我訂購的那個還帶有一個充電盒（里面有自己的電池），并且有最豪華的蘋果風(fēng)格包裝。所有這些的價格是18英鎊。即使考慮到它可能是一個山寨設(shè)備，即使知道中國的勞動力有多便宜，它能以那個價格出售也讓我大跌眼鏡。我絕不可能以接近那個低價的價格出售一個流體吊墜。

電路板很容易找到廠家大規(guī)模生產(chǎn)。對于外殼，如果我們放棄鍍金，也許用不銹鋼制作，它可以拋光得很亮，并且仍然很容易進行CNC加工。如果采用杯形設(shè)計，可以大大簡化事情，也許我們可以在遠東生產(chǎn)一批外殼。連接環(huán)仍然需要連接，也許用TIG焊。我不知道，我仍然認為有很多障礙要跨越。

我們也可以盡可能地廉價，只用PCB和一個粗糙的3D打印外殼。

總的來說，我不太可能嘗試大規(guī)模生產(chǎn)的主要原因是我太忙于其他項目了。

總而言之，我認為這是一個成功的項目，與之前的護身符相比，生產(chǎn)質(zhì)量肯定有提高，但我仍然不完全滿意，即使在做了十個吊墜之后。我想我需要投資更多的設(shè)備，學(xué)習(xí)更多關(guān)于珠寶制作的知識。理想情況下，我真正想要的是在家里有一個像樣的金工車間。那要么意味著搬出倫敦，要么試著想出一些適合這個空間的東西。如果我們想練習(xí)和提高我們的技能，沒有什么比擁有我們自己的車間更好的了，可以隨時進入，隨意對待，并且永遠保持凌亂。

最后，我確實嘗試拍了一些佩戴吊墜的照片。

不幸的是，我造了一個非常難拍照的東西。我們需要用慢速快門來避免畫面撕裂，但只有當(dāng)你移動它時，顯示屏才有趣。

一個解決方案是讓佩戴者舉起吊墜并將其向后傾斜。

原文轉(zhuǎn)載自https://mitxela.com/projects/fluid-pendant，經(jīng)過翻譯、校對

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