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DIY 流体模拟吊坠（二）：第二个、第三个、更多的吊坠......

云智网2025-09-19二手市场4397

“上文DIY 流体模拟吊坠（一）：理论与第一个吊坠的制作介绍了流体模拟的理论并打造了第一个吊坠，现在继续制造第二、三个吊坠......”

第二个吊坠的制作

在组装那个承诺要加装表镜的第二个吊坠之前，我想先修改一下PCB，把复位电路、唤醒二极管和硬件监控芯片都集成进去。

与 TPS7A02 同系列的 TPS3839 电源电压监控芯片，同样有着一些令人惊艳的特性，并且采用了同样微小的封装。它 150nA 的供电电流听起来可能比稳压器的 25nA 多不少，但当你退一步看，就会意识到这两个数字小到基本可以忽略不计。纽扣电池的容量是 120mAh，所以即使是 1000nA 的电流，也需要超过13年才能耗尽它。在这样的时间尺度上，做这种推算并没有太大意义，因为还有自放电、非线性效应等因素。

那个稳压器基本上是一个理想元件，压差和静态电流都小到可以忽略不计。但它比普通稳压器要贵不少，大概要花1美元。

我选择的监控器在 3.08V 时切断电源，这个阈值足够保守。如果电池电量低到这个水平，我们仍然有足够的余量让它在架子上放几年而不会损害电池的化学性能。很多锂电池保护电路在 2.5V 时切断，你可能会好奇为什么我没有使用市售的锂离子保护电路，那样的产品有很多。普遍的共识是，你不应该让锂电池的开路电压低于 3.0V。但在实际使用中，如果电池上有负载，其两端的电压会低于开路电压。因此，大多数电池将其欠压保护设置在 2.5V，以防止在电池有重负载时过早触发。

对于我们约 10mA 的负载，再加上我前面提到的不想把电池彻底用光的想法， 3.08V 的阈值是完全合理的。保护电路通常会在通往电池的路径上增加几个低压 MOSFET，而它们本身也会消耗一些电量。我的计划是将监控芯片连接到稳压器的使能引脚。我早先曾尝试在连接充电线时通过脉冲信号控制稳压器的使能引脚，但没有成功。我后来发现 TPS7A02 有两个版本：TPS7A0233DQNR 和 TPS7A0233PDQNR。P版本多了一个“主动放电”电路，会在稳压器被禁用时启动。而非P版本只是让微芯片及其电源电容在那里自然放电，直到耗尽。如果微控制器处于深度睡眠状态，那可能需要很长时间。

我可能在改变电路电压时，人为地造成了过快的耗电，但我发现我最初使用的非P版本稳压器在监控器触发时引起了一些问题。STM32上可能有也可能没有掉电监测电路，但通过在阈值附近反复波动电压，确实有可能将电路锁存到另一个软锁定状态。我订购了P版本的稳压器，用热风枪换上后，问题就消失了。

更新后的PCB底层：

两个X2SON封装的元件放得可能太近了，这使得返工比预想的要困难。

我并不是想批量生产这些东西，但一次组装好几个，万一要做第三个或第四个吊坠时，效率会更高。

我一次在加热台上做了四块板子。

有趣的是，这次生产厂家在拼板的边料上增加了铜填充块。我对此没什么意见，但这确实回答了我的一个疑问，那就是他们是否关心这类事情。大家担心的是蚀刻不均匀，以及如果需要去除大面积的铜会浪费时间和蚀刻剂。我习惯性地避免大面积无铜区域，但对于拼板的边缘，我见过各种各样的做法。当然，这些板子也足够小，我们通常不会考虑这个问题。

对于背面的元件，我用热风枪分别处理每块板。对于最初的电路，我把板子平放在一块耐热瓷砖上，像往常一样用热风吹元件。这方法奏效了，但可能更多是靠运气。第二块电路在过程中被碰了一下，导致一些LED移位，后续的返工非常繁琐。对于这四块板，我用拼板夹住PCB，在LED仅靠表面张力悬挂在下方的情况下用热风枪加热，效果很好。

弹簧针被轻轻撬了一下，以确保它们真的能立起来。当安装电池时，它会把弹簧针压到合适的高度，希望能获得最好的接触效果。

在等待P版本稳压器到货期间，我尝试用一个MOSFET实现我自己的主动放电电路。我甚至不记得它是否奏效，但我还留有一些过程中的照片。X2SON芯片是1mm见方，所以这一切都显得很拥挤。

我想如果第二个X2SON芯片旋转90度，我们返工这些零件会容易得多。

第二个吊坠的组装过程与第一个大致相同。这张在金工期间试装表镜的定格画面上，有一个漂亮的大指纹印，这样你才能真正看清它的存在：

在安装好连接环并给金属镀金后，我将玻璃完全压入，然后将PCB安装到内部。这个顺序可能做反了，因为焊接PCB时加热了玻璃周围的垫圈，导致一个地方轻微融化。这个微小的瑕疵只有在显微镜下才能真正看到。

玻璃使得第二个吊坠比第一个厚了 1mm。不过那个充电指示灯上的环氧树脂弯月面倒是很漂亮。

第三个吊坠的制作

镀之前吊坠镀金表面上的瑕疵，以及那些没打磨掉的刀痕，可能除了我之外没人在意，但这些瑕疵一直让我耿耿于怀，于是我决定再做一个。既然现在知道安装表镜比我想象的要简单，我也借此机会重新设计了外壳，完全取消了压入式的后盖。

表镜是“可拆卸”的，因为我们有可能把它取出来：可以用我没有的特殊吸盘，可以用热熔胶粘一个把手上去，或者在最坏的情况下，打碎玻璃。替换的玻璃一片只要50便士左右，所以就算打碎了也没那么疯狂。有了充电控制器和欠压保护，应该不需要更换纽扣电池了，它应该可以经受数百次充电循环，每次充满电大约可以使用十个小时。所以一个密封的外壳，唯一的入口就是取下玻璃表面，这个方案很有吸引力。

金属加工现在简单多了，只是一个单一的钻孔杯形结构，而不是压入式后盖组件。总厚度也减少了大约一毫米。

如果我从一开始就计划这样组装，我会相应地调整PCB尺寸。但我真的不想再改版了，特别是因为没有进一步的电气更改要做。（而且我已经“高效地”组装了另外三块板子……）

我们面临的问题是磁吸接口需要先安装，这意味着需要用软线连接。我用了一些我常备的36AWG绞合线。电池的接地是通过外壳连接的，所以我们也需要一个到外壳的电气连接。以前这是通过直接将PCB焊接到外壳上来实现的。我想到磁吸接口是压入孔中的，所以即使在用环氧树脂固定后，接口和外壳之间也应该有不错的导电性。这意味着使用磁吸接口的接地端作为电池电流的回路应该是可行的。我后来用万用表测试了这一点，外壳和PCB地之间的电阻测量结果是（完美到可疑的）0.00Ω。

我在计算深度时没有留出公差，当我进行试组装时，很明显压入玻璃可能会压坏电路。吊坠的背面厚度是1mm，所以有足够的空间让它再深一点，但现在唯一的方法就是用手费力地把它刮深。你可以在上图中看到刮痕。我用记号笔涂满整个表面，然后刮掉直到所有记号笔印记都消失。每刮一次大约能去除50μm。我最终去掉了大约0.3mm。

我没有为PCB增加一个让它安放的台阶，这或许是个失误。也没有定位结构来阻止PCB在壳体里旋转。我的希望是（事实证明也基本正确）PCB稍微偏大一点，摩擦力足以阻止它旋转。

现在用于安放玻璃和垫圈的台阶非常小。我在订购更多垫圈时犯了个错误，选择了0.35mm厚的。我在做金工时及时注意到了这一点，但这意味着我们的凹槽直径只有28.2mm，而孔径是28.0mm。这使得在垫圈歪斜的情况下，很容易意外地将玻璃推入，导致它越过台阶。

一个解决方案是把PCB直径做得小一些，这样台阶就会大一些。我考虑的另一个解决方案是制作一种类似活塞环或卡簧的零件，可以放在PCB和玻璃之间，环绕着LED，并提供一个平坦的表面来压紧玻璃和垫圈。

最后，只要小心地推入玻璃就足够了，但这比本应有的要麻烦。

没有了压入式后盖意味着磁吸接口现在明显偏离中心，但我认为在美学上是可以接受的。我把充电指示灯LED的孔缩小到了0.7mm。表面经过了适当的打磨和抛光，看起来比以前好多了，但最终结果仍然因各种瑕疵而打了折扣。其中一些可能是由于我电镀后抛光不力，另一些可能是向人们炫耀吊坠时留下的划痕和刮痕（上图是在组装几个月后拍摄的）。

结果最大的问题是背面，它虽然经过了抛光，但不知何故看起来像是我试图做出镜面效果却失败了的样子。下一个吊坠的背面必须用研磨（lapping）工艺来处理了。

第四个及以后的吊坠

对于第四个及后续的吊坠，我多钻深了零点几毫米，以便电路可以舒适地安装。唯一的其他区别是后表面进行了研磨，这包括将砂纸粘在平坦的表面上，然后将黄铜件在上面摩擦，逐步使用更细的磨料。我重复使用了那个塑料心轴来固定工件。

在研磨之前，切断后留下的外壳背面无论如何都需要进行端面加工。我没有用软爪夹头，而是充分利用了Hardinge车床主轴上的5C夹头座。你取下卡盘，将夹头直接滑入主轴。这可以均匀地夹持零件，非常精确地定心，并且不会损伤外表面。

值得记住的是，这个挖空零件的表面现在厚度不到一毫米。在用这种方法做了几个并变得过于自信之后，我最终在一次端面加工时切削量过大，直接把它切废了。从好的方面来说，再次挑战极限是件好事，权当校准自己的手感了。

我花了不少时间来改进连接环的安装过程。正确的做法不是摇摇欲坠地平衡零件，而是用软线把它们绑在一起。

这次我没有用喷灯，而是用了热风枪，它可以完全控制风量和温度，代价是最高温度低得多。但对于我们的软焊料来说完全足够了。助焊剂会使抛光的黄铜失去光泽，这问题不大，因为我们之后会电镀它，但我还是努力将多余的助焊剂引向吊坠内部，你可以看到上面深红色的流淌痕迹。

这是我做得比较好的一个，在焊角周围只有一圈极小的变色金属。

而不太小心的尝试最终会留下难看的流淌痕迹。助焊剂可以清理掉，但黄铜永久地变红了。

不过，没什么问题是电镀无法掩盖的。

显然，“软铁绑线”是正确的材料。我订购了一些，发现它比铜线更有弹性（也更难用）。

深色的气泡是尚未清理的助焊剂。我没有用酸洗这些零件，只是用助焊剂清洁剂和塑料刷擦洗了它们。一些接头清理得非常漂亮。

这绝对是一个熟能生巧的领域。我一直尝试直到满意为止，并在此过程中制作了一大堆吊坠。

如前所述，镀金不会附着在锡焊料上。我决定干脆接受这种对比，把它当作一点视觉上的点缀。

用环氧树脂固定接口比以前更繁琐，因为我们需要在周围形成良好的密封，但又不能覆盖焊点。对于第三个吊坠，我是在涂环氧树脂之前将线焊接到接口上的，但这在刮削阶段给我带来了麻烦。在这里，只有当我们准备好安装PCB时才焊接线缆更有意义，但我们需要小心不要在这个过程中让环氧树脂过热。

那张照片里的接头看起来比实际情况要糟糕。

很快，这套组装流程中的难点都被我攻克了，我形成了一套常规操作。

不得不说，微距镜头真是个“照妖镜”，所有瑕疵都一览无余。

我不是没考虑过用纯金来打造这个吊坠。在处理贵金属时，我们显然需要对材料浪费更加小心，从一整块金上加工它可能不太现实。我考虑过用银，这在经济上更宽容一些，但（在制作第一个吊坠时）觉得压入式后盖太复杂了。然而，这种新的杯形设计可能是可行的。用一条银带弯成一个环，焊接到一块银片上，可以以很少的损耗通过增材的方式制造主体，也许只需在车床上进行一次轻微的精修。我们甚至可以做成镀金的银（vermeil）。

我在均匀地压入带垫圈的玻璃方面做得好了一点。这是第六个吊坠。

在制作了第七个吊坠后，我（有点太晚地）意识到我应该在充电接口周围增加一些保护措施。不小心地将磁铁吸在一起经常会产生火花，即使在区区5V电压下，就像我试图演示复位电路时这张定格画面捕捉到的那样：

反复这样做会很快腐蚀两个部件。这就像一个简陋版的电火花加工（EDM）。

我们可以通过先连接线缆的磁吸端，然后再插入USB来避免这些火花，但这把责任推给了用户。我还意识到，如果你以一个刁钻的角度将接口推到一起，偶尔可能会反接极性。如果我早点想到的话，加一个二极管就可以轻易地防止这种情况。

这里的小红色充电指示灯，被我的工作室灯光有些盖过，工作得非常好。环氧树-脂将一小圈红光投射到线缆上，效果很清晰，除非在我那纯白色的“炼狱”工作台上。

在这里，我将一个吊坠与一枚 1 英镑硬币进行比较。

再一次，与一枚50便士硬币比较。我不记得我上一次在交易中使用硬币是什么时候了，肯定是很久以前的事了，但我保留了这一小把硬币专门用于尺寸比较。

当我第一次开始向人们展示吊坠时，我真的很想要一个小盒子来携带它。就在EMF（一个活动）之前，我随手抓起了一个装尼康F3对焦屏的塑料容器。那个小亚克力盒子几乎完美地适合吊坠，海绵内衬牢固地固定着它，透明的盖子意味着我可以在不拿出来的情况下演示吊坠。把它扔进我的包里而不用担心它被弄坏，这一点尤其好用。

我试图找到类似的塑料容器货源，但运气很差，最终我找到了一个大小相似的塑料盒子。我在里面加了一个用防静电泡沫制成的内衬，用激光切割得非常漂亮。

这就够了。市面上有很多珠宝盒和盒子可以买，但没有一个看起来合适的。我考虑过做一个更高级的盒子，也许是用一些漂亮的硬木配上玻璃镶嵌，但最终被其他事情彻底分心了。

不过我一直在不断地制作吊坠。

那是十个完成的吊坠，尽管其中有几个有瑕疵。这似乎是一个停下来的好时机，因为它也用完了所有已贴片的电路板。

我想如果我还要造更多的吊坠，设计应该更新以更好地安放玻璃和垫圈。一种方法是把PCB做得小一点。同时，我们可以增加一个缺口或切口来正确定位它。现在的孔比电池大很多，所以我们可以为PCB增加另一个台阶，底部再开一个用于连接器线缆的切口。

我在这个过程很晚的时候才尴尬地注意到，玻璃和垫圈都有极性。玻璃顶部和底部的边框大小是不同的。从美学上讲，我不确定我更喜欢突出的边框还是把它朝下更好。更重要的是，在显微镜下，垫圈是不对称的。我在不同吊坠上压入玻璃时确实遇到了不同程度的困难，不知道这是否产生了影响。另一方面，对于有几个吊坠，我想我可能把孔开得稍微大了一点，因为玻璃压入得太容易了。我们可以通过换用更厚的垫圈来解决这个问题。

对于最后几个吊坠，我像生产线一样制作它们，为此我摆弄了数显表（DRO），直到把它调到可以分配不同刀具并记住它们位置的模式。Multifix刀架很棒，理论上让我们可以在不担心丢失位置的情况下更换刀具。每次我装上微型镗杆，我告诉数显表那个刀具已经装上，然后就可以开始切削而无需测量任何东西。这非常快。

风险是在更换刀具时，一些微小的金属屑卡在接触面之间，导致刀具发生轻微偏移。Multifix刀架的设计应该使这种情况不太可能发生，但谁说得准呢。我确实注意到了压入玻璃所需的不同力度。

我们用的玻璃是“矿物玻璃”，也是最便宜的。我订购了一块蓝宝石玻璃，只是想看看花十倍的钱能得到什么。我还没把它装到吊坠上。另一个选择是“亚克力水晶”，这有点不同。它不是用垫圈，而是足够柔韧，在压入时会轻微变形。有很多可以试验的东西。

结论

我很高兴终于发布了这个项目。这是那种一直悬在我心头的项目之一，我真的需要发布它，但同时它又引出了许多其他项目，而在它之前发布那些项目又没有意义，所以我最终陷入了一种僵局。我终于自由了！（除了那另外两个悬在我心头的项目……）

我没有做的一件事，是在背面刻上任何信息。我认为刻上日期和序列号会是一个不错的点缀。我不知道是否可以用激光蚀刻黄金，但也许用一些打标液可能会奏效。

我的目标不是为了出售它，但至少把我已经造好的一些吊坠拿出来卖也没什么理由不这样做。然而，价格必须反映所花费的时间，这使得那些只对吊坠有随意兴趣的人望而却步。有没有可能大规模生产一个简化版，以更合理的价格出售呢？

我第一次看到那种薄型磁吸充电接口的智能戒指时，它便宜得惊人。它有一个nRF52芯片、弧形锂聚合物电池、心率/血氧传感器，以及戒指外壳和充电接口。我订购的那个还带有一个充电盒（里面有自己的电池），并且有最豪华的苹果风格包装。所有这些的价格是18英镑。即使考虑到它可能是一个山寨设备，即使知道中国的劳动力有多便宜，它能以那个价格出售也让我大跌眼镜。我绝不可能以接近那个低价的价格出售一个流体吊坠。

电路板很容易找到厂家大规模生产。对于外壳，如果我们放弃镀金，也许用不锈钢制作，它可以抛光得很亮，并且仍然很容易进行CNC加工。如果采用杯形设计，可以大大简化事情，也许我们可以在远东生产一批外壳。连接环仍然需要连接，也许用TIG焊。我不知道，我仍然认为有很多障碍要跨越。

我们也可以尽可能地廉价，只用PCB和一个粗糙的3D打印外壳。

总的来说，我不太可能尝试大规模生产的主要原因是我太忙于其他项目了。

总而言之，我认为这是一个成功的项目，与之前的护身符相比，生产质量肯定有提高，但我仍然不完全满意，即使在做了十个吊坠之后。我想我需要投资更多的设备，学习更多关于珠宝制作的知识。理想情况下，我真正想要的是在家里有一个像样的金工车间。那要么意味着搬出伦敦，要么试着想出一些适合这个空间的东西。如果我们想练习和提高我们的技能，没有什么比拥有我们自己的车间更好的了，可以随时进入，随意对待，并且永远保持凌乱。

最后，我确实尝试拍了一些佩戴吊坠的照片。