想肉眼看到磁場用激光打造一個吧

1、想肉眼看到磁場？用激光打造一個吧有沒有想過更直觀地觀察磁場？磁力，因其不可見，隔開距離仍能作用，讓人們從童年時代 開始著迷，真正的隔空魔術啊。松開緊握的手心里捏著的磁鐵，你能很直觀感覺到磁場強度 與方向。但這個方法還不夠明確清晰：你很難從各種同一直 線上的力當中將磁場力矩分離出來，而且如果你用手限制磁 鐵本身旋轉的話，有可能會誤判磁場方向。 （舉例來說，如 果你旋轉磁鐵 180 度，就會使互相吸引變成排斥。 ）如果有 一個工具能將磁場外形可視化展現給他人，變成確實肉眼可 見那種的，你捏在手心的那種就做不到了。我希望做出像指南針那樣，但在三維空間里能指向任何方向 那種，不只局限于指南針的平面或僅

2、僅水平面那種。它應當 良好平衡，能在低摩擦力下圍繞著兩條垂直軸線上旋轉，并 能搭載強磁鐵在上面，足以克服任何圍繞軸線上的摩擦力， 利用磁場來修正自身位置。磁鐵本身能自由轉動，但要在中 央給定的范圍內，直到它的磁極和原來的參照磁場線統(tǒng)一排 列為止。你能用類似的器械來觀察復雜物體上磁場線的分布 和方向，就像磁浮裝置那樣。我所用的材料和工具激光切割器。用它可以制作一個磁力萬向節(jié)那樣的指南針。 用其他切割工具類似長鋸也可以，但有激光切割器的話將會 快一些。1/4 英寸厚亞克力板。其他的材料，例如木材或纖維板也是 不錯的替代品。 其他厚度亦可， 只要能承受 1/16 英寸直徑大 小的洞眼而不被破壞就行。

3、小型紅色激光二極管。只用低功率小于 5 毫瓦那種鐳射筆， 要不然會亮瞎你的眼！兩枚 1.5 伏紐扣電池。我將一枚小型 A23 電池 12 伏那種的 剪開，得到 8 枚紐扣電池，這樣比其他店鋪買到的紐扣電池 還要便宜。（嗯，批發(fā)價的趕腳 , ）銼刀或者砂紙不含鐵的絲線， 1/16 英寸左右粗細。我用在五金鋪買到的黃 銅焊條代替。任何非磁性合金都能使用：黃銅、紫銅、普通 銅片、鋁片、大部分不銹鋼等等。 （補充：不銹鋼雖然含鐵， 實際上是鐵鉻合金，磁性很低很低。 ）很微細的鉆頭（千分之幾英寸那種） ，僅比絲線寬一點。 一小塊強力磁鐵（用激光儀器的話，就要四塊） 。我用了直 徑 1/4 英寸，高 1/

4、4 英寸的銣鐵硼稀土永磁體，等級為 N42 的。任何磁鐵都能勝任，只是強一點的磁鐵應付轉動摩擦力 的效果更好。萬能的淘寶有不少磁鐵，只要搜索“銣鐵硼磁 鐵”即可。一些小段導線，比美制 22 碼細的那種，用來連接激光器和 電池。同時也需要烙鐵來焊接導線與激光二極管。 第一步：用不用激光指向？首先，我嘗試最簡單那種自由轉動的指南針效果不錯，用的 是小型直徑 1/4 英寸，厚度 1/4 英寸的稀土磁鐵，淘寶上幾 毛錢一個那種。在組合成用作磁場映射的 8到 10英寸厚的 永磁體后，在兩個坐標軸上旋轉良好。但這很小型，不容易 被發(fā)現。對于我個人實驗沒問題，但觀察萬向節(jié)轉動的效果 （決定將指向方向變成兩個

5、萬向環(huán)旋轉方向）是如此的棒， 以至于我要為此加上便于直觀理解的藝術效果，及尋找多點 讓方向指向更有效的方法。 加上一個大箭頭是可行的，但我希望這個自轉指南針小一 些，這樣就能放進一個小空間里。于是，我打算加多一個激 光器用來指向方向。激光器體積還是很小，對整個自由旋轉 機構來說也是一樣，但激光束本身會是個很有效的指向箭 頭。另外，在煙霧器的輔助下，它的展示效果將很炫目。激 光嘛，天生就該搭配煙霧器的。在尺寸上權衡的結果是，加上激光器和所需的電池，還要額 外增添磁鐵來使得內部萬向環(huán)變得對稱，還能使萬向環(huán)本身 擁有更多轉動慣量。最后它能在標定角度前不斷來回振蕩。 無需多言，用在這里的激光器應當是最

6、小功率那種。 注意：使用激光要注意眼睛安全。激光對眼睛有害。在這個加工過程當中，我用了很低功率的 紅色激光二極管， 1 毫瓦。我非常強烈反對使用大功率激光 器，因為它不是直接經由用戶控制。整個作品本身是讓激光 束旋轉移動到一個未知方向即磁場指向方向。用這樣一 個低功率激光器，在激光掃過或射入你的眼睛時，你能選擇 閉眼或用手遮擋眼睛。而用大功率激光器的話，激光掃過眼 睛時往往會在比閉眼反應更快的時間內對眼睛造成不可逆 損傷。激光有危險，使用需謹慎。好的眼睛將伴你度過未來 讀教程的時光。第二步：設計萬向環(huán)的內部圓環(huán)外緣尺寸取決于在內環(huán)要裝載的東西。最初我做的小型 萬向環(huán)只是裝在一顆直徑 1/4 英

7、寸磁鐵，所以內環(huán)僅僅讓亞 克力夾住磁鐵， 及緊握住兩條作為旋轉中樞的直徑1/16 英寸銅線。而在第二個版本當中，就是這個教程的，我用了小型 激光器、兩枚電池，還有一些磁鐵。將萬向環(huán)設計成能圍繞著中央兩個軸心旋轉，而圍繞著軸心 的環(huán)形結構是平衡的，這樣重力就不會使它旋轉時最終停在 一個特定方向上。我用對稱法來達至平衡就是將所有東 西繞著旋轉中心均等放置（最簡單的辦法） 。我將唯一一個 部件，激光器放置在中央，其他所有多于一個的零件就平均 分配在周圍（包括兩枚 1.5 伏紐扣電池，用作激光器的 3伏 電源）。本來想用兩枚磁鐵的，但這么一來激光指向器在其 中一個軸線上的重量就會拖磁鐵的后腿，于是我用

8、了4 個小磁鐵組合成一個大磁鐵。當然，所有磁鐵同向串聯。 第三步：設計萬向環(huán)的中間和外緣部分 這里，你要將 3 個零件嵌套在一起外部軛， 或者叫做環(huán)， 中間的環(huán)，還有內部的圓盤。中間的圓盤在垂直軸上有旋轉 接口，連接在內部的圓盤。在另一軸水平軸上的接口就連到 外緣的軛上。在嵌套零件和旋轉部件之間保留一些空間，那么它們就不會 干涉到旋轉動作，但在旋轉軸上盡可能緊湊些。我在下面附 上內、中、外環(huán)的 .dxf 文檔。innergimbal.dxf 21 KB midgimbal.dxf 19 KB inner.dxf 20 KBoutergimbal.dxf) 19 KBmid.dxf 18 KB

9、outer.dxf 19 KB 第四步：激光切割零件 用長鋸手工切割萬向環(huán)也可以，只是用激光切割就能更快、 更方便和更精確完成作品。經過了好幾次重復切割，量度了 允許細縫寬度，那么磁鐵、激光器和電池就能正好壓入，緊 貼它們的位置。要使所有零件如你所愿有正好的尺寸，你需要對草圖進行校 正，選定激光切割路徑，考慮好激光束或切口寬度，這牽涉 到切割形狀和測量草圖尺寸與零件尺寸的差距，然后再調整 草圖。這其實很簡單，只要在腦子里記住哪個零件是要留意 的：里面的還是外部的。這一步將確定在草圖內，根據允許 細縫寬度增加零件尺寸還是減少它。根據你的目的調整特定 切口尺寸。而這個調整也是很容易的，只要你在 i

10、nventor 內 將零件看作參數模型，將其更新到 excel 的參數文件內。將 excel 文件中 “允許細縫寬度” 這一行數據更新到模型上， 輸 出新的 .DXF 文件到激光切割器上即可。 第五步：如果要用激光筆，就準備一些電池我有滿滿一罐小 型紅激光二極管，就像鉛筆橡皮那么大小，都封裝在黃銅柱 型封裝內。在淘寶上它們也是便宜貨，這個大小用在這個作 品上很合適。但是它們只有裸線接口，而且沒有電池座。我 需要用某種方法為它們供電，但又不能通過橋接飛線繞過軸 心而影響旋轉。我也不想通過環(huán)形結構由外部電源或電池座 從軸心兩個端點輸電到激光器上。我只能將電池放在內環(huán)， 和激光器在一起。我在亞克力板

11、邊緣上就用激光切割了一些 凹槽，用來放置電池。嗯，那種電池？ 我有一些最小的助聽器電池， 但不幸的是很多都沒電了。 1.5 伏紐扣電池比起前者來說更貴。 不過當我找到了一枚 A23 電 池 12 伏特那種的，讓我想起來在里面也許有不少紐扣電池 包含在里面。 嘿，還真說中了。 比起市場上紐扣電池的售價， 這個成本才只有四分之一。它們比助聽器電池大，但我改動 了一些設計來切合它的需求。 第六步：準備不含鐵成分的絲線，在萬向環(huán)上鉆旋轉中樞軸 線不能含鐵，這樣在用這個指南針來探測時，它就不會被磁 鐵所吸引。 我用了些從焊接工具店買到的 1/16英寸銅棒， 而 純銅或鋁材也能勝任這樣工作。絲線旋轉暢順這

12、點很重要，于是你要在剪下絲線長度后環(huán)繞 末端，要不然就無法旋轉暢順。將這么小的絲線固定并打磨 圓滑很難， 但我找到一個有效辦法， 將絲線夾在一個鉆頭上， 慢速旋轉鉆頭， 將絲線末端墊在銼刀或砂紙上。 成了： 圓滑、 暢順、沒有毛刺。我用的線直徑 0.061 英寸，于是我在萬向環(huán)上使用 0.062 英 寸的鉆頭鉆出中軸。確保在指定的軸線與中樞同軸，不然的話萬向環(huán)就不能很好 旋轉。但是，鉆頭往往不夠長，無法完全鉆穿這個零件。有 個折中辦法，就是修改激光切割文件，加多一個直徑 0.010 英寸洞眼在中軸洞眼位置。 這么一來， 我只需將鉆頭按下去， 確保它與旋轉軸重合就可以了。第七步：包裹萬向環(huán)旋轉部

13、分，特別是中樞軸線有些時候，激光切割器不能很好切割垂直邊緣部件。如果你 的零件是平行四邊形的話，它們將纏繞在一起，以至于不能 很順利旋轉。在鉆了中軸洞眼后，我用銼刀在中軸洞眼處打 磨了亞克力邊緣，使之不被纏繞。第八步：在旋轉端點滴一滴油，加工關節(jié)旋轉線其中一段應固定起來，而另一端能夠滑動。將旋轉針 腳潤滑一下然后插入旋轉洞眼內，用一條膠帶或一滴熱熔膠 在外緣固定起來，避免它們滑脫。在用手工將它們旋轉，將粘得比較牢的部件從萬向環(huán)上松開 的時候，懸在我頭上的一條壓縮空氣管提醒了我。我想，用 它會比較容易松開那些連接部位吧。接著，我不慎將氣泵以 60000rpm 的轉速啟動，也就是將 90 個大氣壓

14、的空氣直接貼 著萬向環(huán)作用，還給了 3 秒鐘沖擊時間。萬向環(huán)在和中間的 環(huán)解體了，像下雨般嘩啦啦地灑下一片零件。在這之前，它 就像發(fā)瘋的松鼠那樣旋轉，發(fā)出 2 千赫茲的噪聲，轉速也許 有 60000rpm 吧。外緣和內部的激光座奇跡般生還下來。 謝天謝地， 1）我當時戴著保護眼罩， 2）我之前激光切割了 另一個備份萬向環(huán)，所以很快我就能修復好損傷部分。作為 額外的收獲，身邊的人都為那滑稽的聲音樂了一會： “嗚 （空氣管）咿 （空氣渦輪的滑音 /萬向環(huán)轉動起來） 喀嗒嘭騰嘩啦啦 , （亞克力環(huán)解體，零件四散） ” 在這之后， 我把空氣管放遠一點操作， 讓它不要轉得那么快。 其實，將它同時吹向兩個軸心也是不錯的做法。 第九步：連接電池到激光器 這看起來不太好看，對此我有點慚愧。但我想優(yōu)先功能化， 所以就沒在工程外做過多修飾了。我將導線在激光切割的小 槽內連到電池上， 只需用 V 型銼刀稍微打磨鄰近的亞克力凹 槽面即可。單股美制 22 碼連接線就足夠了，如果凹槽是逐 漸減少深度，那么導線會夾在亞克力和電池之間，完成有效 連接。需要注意的是，紐扣電池外殼是正極，而負極在底部 凹槽內