历时五个月,美国工程师亲手打造个性求婚戒指

曾几何时，一个男孩儿与一个女孩儿一见钟情，不久之后，这个男孩儿决定要为这个女孩儿亲自设计并制作一款戒指，因为这最复杂的制作过程足以表明对女孩儿的爱是如此之深。

嗯，这就是故事的开始。

在2013年一月份开始有了这个想法，然后很快出了几款设计原型。有几款设计由于材料问题，外形加工的限制，以及对物理规律的违背，导致最终被放弃。这个探索设计的潜力与个性独特的过程是非常有意思的，我不想最终呈现在她面前的是看起来粗制滥造并且没有任何创意的戒指。

终于，最终方案确定了，将LED和铜线一起放在一个钛合金戒指中，当它靠近一个产生交变的磁场时LED则将钻石点亮。剩下的就是想办法得到她的戒指尺寸（也许一顿饭就能搞定嘛^_^ 标准尺寸是15.72mm），最后用Autodesk Inventor这款软件将戒指模型设计出来。如下图：

图一 设计好的戒指CAD模型

从图一到图二有太多的细节需要完善，我们就一步一步的开吧

图二 最终的戒指成品

戒指上的LED点亮时的效果

图三 戒指亮起温暖的灯

详细制作过程

加工钛合金是有点难度的，它由于比铝和钢要坚硬，加工时必须使用硬质合金刀具。高速钢工具虽然也能加工，但很容易因为高温而损坏道具。当然，经验丰富的人能延长刀具的寿命，但是我不得不亲自动手做。

火星四溅

图四 第一步切割，耀眼的火星

戒指选用的是直径22mm的AL6V4钛棒。我需要将外直径车削到19.8mm。

图5 车削钛棒

先用平头麻花钻头在钛棒的中心钻一个孔，然后慢慢外扩。

图六 钻出导孔

需要注意的是不要让钻头过热。钛不易导热，留在钻头切削边缘的热量很容易损坏钻头。如图所示，这个高速钢钻头因为过热外切刃损坏导致无法使用了。这给我的第一个教训就是：一定使用硬质合金钻头。

图七 第一个坏了，外切刃融化

钛棒的内径最终被钻成了15.8mm，比她戒指的尺寸15.72mm要大一些。这是因为里面还要安装一些电子装置。

图八 内环最终需要加工成的尺寸

这23个钻石的固定孔需要按照流程分三步来做。第一步是用0.8mm的平头麻花钻钻出一个孔。

图九 导孔

用2mm的平钻头将戒指钻透

图十 过孔

然后用2.3mm的钻头钻出钻石固定座。

图十一 钻石固定座

完成后需要将戒指从钛棒上分离开来。

图十二 分离

切下时同时会有一个又小又薄并且非常锋利的圆环。千万不要让孩子拿来玩！

图十三 戒指的大致形状

下面需要在戒指内测加工出一个放电子设备的空间。将戒指用车床固定，并找到一个匹配的芯棒。

图十四 将戒指固定在车床上

用O型环切槽刀在戒指的内测切出一个2mmX1mm的内腔。这里将容纳镍铁合金条（稍后做详细解释）和线圈和LED的空间。

图十五 加工内部空间

戒指上需要切一个缝隙，原因将在后面解释。钻石的位置正好在这条缝隙两侧弯曲对称分布。用0.006“的电锯切割这个缝隙，惊讶的是，电锯的材料高速钢，使用起来非常顺畅。一定要记得使用切削油。

图十六 切割缝隙

金属加工的最后一步就是抛光。这需要分三步完成。因为使用的是硬质合金工具，残留物是非常少的。我用的是1200目砂纸将残留物打磨掉。然后用电磨对表面进行精细化打磨，用水将杂质清洗掉后，对这光滑的表面处理还是比较满意的，这样就可以在表面使用环氧树脂了。

图十七 抛光处理

我尝试过几种不同的固定方法，但是，不是钻石受损就是戒指损坏。由于洞与钻石的直径非常接近，我选用珠宝专用胶水将钻石固定在戒指上。而之前做的支座可以起到辅助作用。

图十八 钻石安装夹具

钻石一次可以安装八个，让胶水有一定的时间凝固。然后用抛光轮快速做个处理。至此，戒指的金属部分完成了。

图十九 装完钻石的戒指

这个戒指有13个白色钻石，10个蓝色钻石。注意在夹缝位置的“针”钻石，在压力下能更好的固定。

图二十 蓝色一侧

电子部分

电子部分理论上非常简单的。做一个电感线圈然后并联一个电容和若干LED，这样就可有了一个电感能量接收器。为了确保电线和线圈连接稳定，制作了一个固定的模具。

图二十一 绕线的模具

在卡普顿胶带表面进行繁琐的绕线，并有可以绕制40号漆包线的绝缘层。

图二十二 线圈特写

线圈测量的电感有13uH。然后添加一个820pF的电容产生约为1.5MHz的频率。选用ROHMs PICOLED系列是因为它们尺寸和功率消耗都小被用于照明其尺寸和功率消耗小。用耐热环氧树脂将LED和电容固定在线圈上。

图二十三 完成的线圈

发射器是参照Marko Bakula的设计，根据我的需求做了轻微修改。我只是将几个电阻的电流处理能力提高了，大部分都是一样的。

图二十三 发射器电路图

由于设计的便利与电流处理的能力，我选择了一个单面覆铜板做电路板。

图25 雕刻发射电路

需要较粗的电线来处理高交流电压（80V）并且避免产生形变。我加工了一个4x4的原木，可以用软线在上面缠绕线圈，线圈稳定后然后用环氧树脂胶将整个线圈固定好。

图二十六 制作发射线圈

拆卸比预期的要容易很多。在木头上钻了一些孔后，很容易的将线圈取了下来。

图二十七 从木头上取下来的发射线圈

将这个巨大的电感线圈汗接到发射电路上需要一个大电烙铁和大量的热，这看起来并没有破坏任何东西。这个板子可以固定在腕带上，这样就能放在我的小臂上了。

图二十八 腕带发射器

这件夹克是为了掩盖里面的发射器，这样当接近他的手时，就能将戒指的LED点亮。

图二十九 发射器隐藏测试。

组装戒指

一开始需要测试发射器能点亮戒指LED的最远距离。由于镍铁合金的磁芯的使用大大的加强的磁场的作用范围。

第一次制作时，我完全忘记了磁场是如何在金属戒指中产生电流，导致线圈中没有任何的磁场。这也是为何在钛环上加工一个缝隙。

这个视频中显示了没有切开的戒指如何将整个工作搞砸

好了，一切加工好后最终的效果演示

设计问题与挑战

在制作这个戒指过程中遇到的最大挑战是，如何固定钻石。一般情况下，钻石通过卡扣，丝网等机械固定方式。而环氧树脂会由于热胀冷缩等问题造成与物体表面脱离，虽然现在能固定住，但是会某一天突然掉下来的，只不过是时间问题。

从这张图片中就能看出这是一个多么艰辛的制作过程，失败十次之后才有了这最完美的一枚戒指！

我在2013年一月份产生了这个想法，在五月份才最终完成这件作品。一开始，我不得不学习如何使用AutoCAD，设计制作这个能够让戒指点亮的电路，不得不学习如何加工钛合金。然后，我制作了几个测试模型，在这最终的设计之前尝试了几种不同的方法。而最终完成这件作品时已经做了超过十个的戒指！

当然，我所做的这一切，将会是值得的！

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