Industrielles LED-Piercing

 (mitxela.com)
1 Punkte von GN⁺ 2023-12-24 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • In den Stab eines Industrial-Piercings, der quer durchs Ohr verläuft, wurden LEDs und eine Schaltung eingebaut, um tatsächlich tragbaren leuchtenden Schmuck zu realisieren
  • Als Grundkörper dient eine 16-Gauge-Injektionsnadel wie ein Edelstahlröhrchen, auf einer dünnen Flex-PCB sitzen ein ATtiny44 und 0402-LEDs
  • Die seitlichen Öffnungen wurden mit Fräsmaschine und Endmill bearbeitet, und für den Batteriehalter wurde ein fertiges Ohrring-Bauteil genutzt, dessen Metallgehäuse als Pluspol dient
  • Die LEDs laufen per Charlieplexing in einem etwa 3-minütigen Musterloop, doch nach dem Verguss mit transparentem lebensmittelechtem Epoxid fiel eine LED am Ende aus und ist nicht mehr reparierbar
  • Der Stromverbrauch liegt bei rund 3 mA; eine LR521 hält rechnerisch etwa 3 Stunden, während eine Silberoxid-Knopfzelle SR521 mit flacherer Entladekurve und etwa doppelter Kapazität mindestens 5 Stunden ermöglichen dürfte

LEDs in einen Stab quer durchs Ohr einbauen

  • Ein Industrial-Piercing oder Scaffold ist ein stabförmiges Schmuckstück, das quer durchs Ohr verläuft; dieses Projekt versucht, LEDs in das Innere dieses Stabs einzubauen
  • Es war eines von mehreren Projekten, die noch hastig vor der Schließung des London Hackspace begonnen wurden; danach stand über ein Jahr lang keine Fräsmaschine mehr zur Verfügung
  • Das Bohren von seitlichen Löchern in eine Injektionsnadel blieb ohne Fräsmaschine ein schwierig umzusetzender Arbeitsschritt

Entwurf und Bauteilauswahl

  • Ausgangspunkt war ein mit Erlaubnis aufgenommenes Foto vom Ohr einer Freundin, das dann gedreht, skaliert und entzerrt wurde, um es in OpenSCAD und Photoshop über den Entwurf zu legen
  • Dieses Mock-up war wichtig, um LED-Abstände und Offsets abzustimmen
  • Als Rohrmaterial wären Edelstahlröhrchen in verschiedenen Größen erhältlich gewesen, doch günstige und leicht verfügbare Injektionsnadeln waren besser geeignet
    • Eine 16-Gauge-Nadel hatte genau den richtigen Durchmesser
    • Die Wandstärke war sehr dünn, was das Unterbringen der Schaltung im Stab erleichterte
    • Zwar gab es Bedenken, dass normale Nadeln zu kurz sein könnten, doch nach Messen und Rechnen wurde entschieden, dass eine Standardnadel ausreicht
  • Für die PCB wurde eine Flex-PCB gewählt, um die Platine so dünn wie möglich zu machen
    • Einige Hersteller bieten auch 0,2-mm-FR4 an, preislich liegt das aber ähnlich wie eine Flex-PCB
    • Mit Flex-Rigid hätte sich der LED-Bereich maximal dünn und der Mikrocontroller-Bereich als Multilayer-Platine ausführen lassen, doch das wäre deutlich teurer gewesen und hätte keinen Stecker über dem Mikrocontroller erlaubt
  • Für den Batteriehalter wurde ein fertiges Ohrring-Bauteil verwendet
    • Das Metallgehäuse dient als Pluspol der Batterie
    • Die Konstruktion ist so ausgelegt, dass der Draht, der an der Nadelspitze herausragt, als Massepin dient
  • Statt 0201 wurden 0402-LEDs gewählt
    • Mit 0201-LEDs hätte man sie anders anordnen und die Leiterbahnen direkt unter den LEDs hindurchführen können
    • Nach Prüfung der Abmessungen wurde die 0402-Variante als robuster eingeschätzt

Seitliche Löcher in die Nadel einarbeiten

  • Nach dem Anfertigen einer kleinen V-Block-Spannvorrichtung aus Messing war das Bohren der seitlichen Löcher in die Nadel in etwa fünf Minuten erledigt
  • Da ein Bohrer auf der gekrümmten Oberfläche leicht wegrutschen kann, wurden die Löcher mit einem Endmill eingebracht
    • Das Hartmetallwerkzeug war härter und damit für die Bearbeitung gekrümmter Flächen besser geeignet
    • Einen Endmill im Tailstock Chuck zu spannen ist zwar keine gute Praxis, aber die Löcher mit flachem Boden wurden dennoch präzise
  • Das 1,6-mm-Durchgangsloch wurde unordentlicher, weil der Bohrer dazu neigte zu verlaufen
  • Das bearbeitete Bauteil passte per Press-Fit gut in die Nadel und wurde nach Festlegung der endgültigen Position mit Cyanoacrylat fixiert
    • Die Collet auf der anderen Seite zur Batteriebefestigung zieht an dieser Verbindung und wird zum Abnehmen abgezogen, daher musste die Klebestelle stabil sein

Schaltung und Software

  • Nach Erhalt der Leiterplatten wurde sofort eine davon verlötet, dann lag das Projekt aus verschiedenen Gründen fast ein Jahr brach
  • Vor einigen Monaten wurde es eingeschaltet und ein Blinkmuster in Betrieb genommen
  • Als Mikrocontroller kommt ein ATtiny44 zum Einsatz
    • Bei einem neuen Entwurf würde wahrscheinlich ein CH32V003 gewählt
    • Der CH32V003 hat zwar einen schlechteren Stromverbrauch, bietet aber den großen Vorteil eines Single-Wire-Debug-Pins
    • Um den ATtiny44 erneut zu flashen, mussten sechs Pins verbunden werden
  • Die LEDs werden per Charlieplexing angesteuert
  • Das endgültige Muster wiederholt sich über etwa drei Minuten
  • Die Software ähnelt charliestar, ist aber einfacher
  • Der Quellcode für den ATtiny ist auf GitHub veröffentlicht

Zusammenbau und Verguss

  • Der günstige Ohrring, der als Batteriegehäuse diente, bestand nicht aus Edelstahl, sondern aus vernickeltem Messing
  • Von den Edelstahlteilen wird erwartet, dass sie optisch schöner sind und länger glänzen
  • Als alles korrekt funktionierte, wurden die Öffnungen mit transparentem lebensmittelechtem Epoxid gefüllt
  • Nach dem Aushärten des Epoxids fiel eine LED am Ende aus
    • Da sie ganz am Rand sitzt, fällt es optisch nicht allzu stark auf
    • Weil das Problem erst nach dem Aushärten auftrat, gibt es keine Reparaturmöglichkeit
  • Man könnte zwar noch einmal ganz von vorn beginnen, aber aktuell fehlt die Werkstatt, und eine nächste Version sollte eher verbessert als nur neu gebaut werden

Erweiterungsideen und Aufbewahrungsbox

  • Ursprünglich war geplant, einen oder mehrere Endcaps hinzuzufügen
    • Der Programmier-Header könnte auch als GPIO-Pins des Mikrocontrollers genutzt werden
    • Gedacht war an den Anschluss von Schnittstellen wie Mikrofon oder IR-Empfänger
  • Bisher wurden noch keine Endcaps gebaut, und schon das aktuelle Blinkmuster wirkt ausreichend interessant
  • Auch die Aufbewahrungsbox wurde in OpenSCAD modelliert
    • Wegen der defekten LED sollte das Projekt zwar schnell abgeschlossen werden, aber die Box hält das Gerät gut fest
    • Das Batterypack wird in einer leicht herausgezogenen Off-Position aufbewahrt
    • Das Scharnier entstand aus einer Kleidernadel, die fast press-fit-artig in die Löcher eingesetzt wurde, und der Deckel sitzt stramm genug, um in jedem Winkel stehenzubleiben
    • Die Oberflächenstruktur des Deckels stammt vom 3D-Druckbett, hilft während des Drucks bei der Haftung und verleiht dem Ergebnis zusätzlich etwas Charakter

Tragefotos und Batterielaufzeit

  • Auf den Tragefotos überstrahlt der Blitz die LEDs etwas, wodurch ein klinischer Eindruck entsteht
  • Künftig könnten weitere Tragefotos entstehen, etwa mit einer Kombination aus Blitz und Langzeitbelichtung, damit sowohl das Ohr als auch die LED-Spuren sichtbar werden
  • Der Stromverbrauch wurde mit etwas über 3 mA gemessen
  • Eine LR521-Batterie besitzt höchstens etwa 10 mAh Kapazität und würde rechnerisch rund drei Stunden halten
    • Die Entladekurve von Alkaline-Zellen ist steil
    • Da unklar ist, bei welcher Spannung der Chip in Brown-out geht, könnte er sich schon vor vollständiger Entladung abschalten
  • Eine Silberoxid-Zelle SR521 im gleichen Formfaktor bietet etwa die doppelte Kapazität und eine flachere Entladekurve
    • Mit dieser Zelle dürften mindestens fünf Stunden Laufzeit möglich sein
  • Der Batteriewechsel ist umständlich, auch wenn es auf den Fotos anders wirkt
    • Wäre statt einer größeren Collet der Durchmesser am Stabende reduziert worden, hätte sich der normale Batteriehalter des günstigen Ohrrings ohne Modifikation verwenden lassen
    • Dann hätte sich das komplette Batterypack schnell tauschen lassen, ohne eine Schraube lösen zu müssen

Ergebnis und Grenzen

  • Entgegen den Erwartungen gab es an diesem Projekt nicht besonders viele wirklich schwierige Stellen, und die meisten als schwierig eingeschätzten Arbeiten klappten gut
  • Für das nächste Piercing wäre wohl eine kleinere Bauform mit 0201-LEDs sinnvoll
  • Die ausgefallene LED ist schade, aber getragen sah das Ergebnis sehr gut aus
  • Dieses Piercing lässt sich nicht einfach kaufen
    • Die Länge muss exakt an das Ohr der tragenden Person angepasst werden
    • Deshalb ist Herstellung und Verkauf schwieriger als bei anderen Erfindungen

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2023-12-24
Hacker-News-Kommentare

  • Schade, dass er den Zugang zum Makerspace, in dem er das Projekt gebaut hat, und zu den Geräten verloren hat. Ich habe das Gefühl, dass es immer weniger Hackerspaces mit Industrie- oder Metallbearbeitungsmaschinen gibt. Ich frage mich, ob ich das zu sehr durch die TechShop-Erfahrung in der SF Bay Area sehe, oder ob es in anderen Regionen ähnlich ist

    • Das ist definitiv nicht nur in SF so. In einem westlichen Vorort von Portland gab es vor etwa 15 Jahren auch einen recht ambitionierten TechShop, aber der hielt nicht einmal ein Jahr durch
      Anfangs fand ich die Idee gut und habe ziemlich viel gespendet; auch die Holz- und CNC-Kurse waren hervorragend. Besonders der Holzbau-Dozent kam ursprünglich aus der Herstellung von Gussmodellen, daher behandelte er Techniken, die sich von Fein- oder Möbel-Schreinerei unterschieden, und konnte mit Kombinationen verschiedener Schleifmaschinen Toleranzen bis auf 1/64 Zoll erreichen
      Neben den finanziellen Problemen gab es allerdings auch kulturelle. Einige Dozenten pflegten ziemlich ausgeprägt einen Boys-Club-Humor, der viele Frauen ausgegrenzt haben dürfte
    • Bedauerlich, aber nicht überraschend. Solche Orte entstanden in einigen der teuersten Immobilienmärkte der Welt, und eine langfristige Tragfähigkeit war kaum zu erkennen
      Anfangs strömen begeisterte Mitglieder herbei, und es wirkt vielversprechend, aber nach ein paar Jahren springen die meisten ab. Entweder sind sie frustriert, oder sie entwickeln ihre eigene Arbeitsweise und wollen die Bequemlichkeit und Flexibilität, nach eigenem Zeitplan mit eigenen Werkzeugen zu arbeiten, statt gemeinsam genutzte Werkzeuge zu verwenden, die andere grob behandeln
      Um in Portland, Seattle oder der SF Bay Area einen Makerspace zu betreiben, braucht man den Fonds eines wohlhabenden Förderers, langfristige staatliche Zuschüsse oder etwas Vergleichbares
    • Vor zwei Monaten habe ich auf der Maker Faire den Stand von Maker Nexus gesehen, und die Person, mit der ich gesprochen habe, sagte, sie seien der Nachfolger von TechShop. Ob das stimmt, weiß ich nicht, und ich habe es auch nicht ausprobiert, aber es könnte einen Blick wert sein: https://www.makernexus.org/aboutus
    • Das ist ein weltweites Phänomen. Einen Hackerspace als nutzungsabhängig bezahlten Raum zu betreiben, ergab finanziell keinen Sinn. Es ist wie ein Mitglieder-Café für eine extreme Nische, aber man kann keine absurden Beträge verlangen, die zu diesem winzigen Markt passen würden
    • Das passiert in vielen Regionen der USA. Makerspaces erzeugen große positive externe Effekte, haben aber niedrige Margen und erfordern viel Aufwand für Betrieb und Wartung
      Da Mieten explodieren und durch Sanierung günstige Werkstatträume verschwinden, werden Makerspaces verdrängt
      Es tut weh, aber es scheint schwer vermeidbar. Viel mehr Leute wollen ein Grundstück verkaufen und zu „Luxus“-Apartments oder Eigentumswohnungen umentwickeln, als ein altes Gebäude in vermietbarem Zustand zu halten

  • Ich bin ein großer Fan dieser Person. Kennengelernt habe ich sie durch das Projekt UV-Schutz-Amulett: https://mitxela.com/projects/amulet

    • Zufällig bin ich heute über YouTube durch den Smallest USB-C MIDI Synth auf ihn gestoßen
    • Ich habe den Uhren-Bausatz gekauft und zusammengebaut; er ist großartig

  • Selbst für diese Schaltung wirken 3 mA Stromaufnahme hoch. Wenn man die LED per PWM mit einem festen Duty Cycle ansteuert, lässt sich der Strom oft senken, ohne dass die wahrgenommene Helligkeit leidet
    Ich frage mich auch, ob ein Serienwiderstand zwischen Batterie und Mikrocontroller helfen könnte, länger im unteren Bereich des zulässigen Spannungsbereichs zu bleiben. Nur ein spontaner Gedanke

    • Bei einer dauerhaft eingeschalteten LED sind 3 mA selbst mit PWM nicht völlig absurd. Die Batteriewahl ist allerdings etwas ungewöhnlich
      Mit einem kleinen Step-up-Wandler für die LED und einer Hörgerätebatterie könnte man mit einer Batterie mehrere Tage Laufzeit erreichen, bei einer Größe, die der hier verwendeten Batterie ähnelt

  • Wirklich cool. Ich habe schon darüber nachgedacht, so etwas mit meinen Piercings zu machen, bin aber dabei stehen geblieben, festzustellen, dass es offenbar noch niemand baut
    Wenn man hier Bluetooth einbauen könnte, um verschiedene Muster zu flashen, oder gleich ein Mini-Display, wäre das großartig
    Ich frage mich, wie schwierig es wäre, Ohrschmuck für große Gauges mit Display zu bauen. Bei 1/2 Zoll oder 3/4 Zoll vielleicht machbar?
    Was Verkauf und Größen angeht: Industrial-Piercings werden meines Wissens normalerweise in 1/4-Zoll-Schritten verkauft, und die meisten kaufen 1 bis 2,5 Zoll, also scheint eine Herstellung für den Verkauf möglich

    • Ein Display braucht viel mehr Rechenleistung als dieser Mikroprozessor, dazu deutlich mehr Batterie und Peripherie
      Im besten Fall wäre es wohl eine kleine, niedrig auflösende LED-Matrix, etwa 8x8, mit programmierten Mustern, aber selbst dafür bräuchte man mehr Batterie usw., und das Gewicht würde exponentiell steigen
    • Man muss das Ohrläppchen-Loch einfach so weit dehnen, dass eine Smartwatch hineinpasst

  • Das 3D-Modell auf dieser Website, das Nutzer drehen und verschieben können, funktioniert erstaunlich gut

    • Ich war auch wirklich beeindruckt. Es scheint three.js und .wrl-Dateien zu verwenden, also VRML. Fühlt sich an, als wäre 1994 zurück
      Orbit-Rotation mit einem Finger, Verschieben und Zoomen mit zwei Fingern waren hervorragend und intuitiv. Mit der Maus ist es Linksklick zum Drehen, Rechtsklick zum Verschieben, Mausrad zum Zoomen; das ist nicht sofort obvious, aber trotzdem ziemlich brauchbar
      https://mitxela.com/other/3d/loader.js?2
      view-source:https://mitxela.com/img/uploads/metal/scaffold/scaffold-case...
      Nebenbei: meshlab kann .wrl-Dateien öffnen, und der Loader auf dieser Seite unterstützt auch .stl
      Überraschenderweise ist es kein Hack von modelviewer.dev, sondern eine unabhängige Implementierung mit demselben Tag-Namen und derselben zugrunde liegenden 3D-Bibliothek. Sie unterstützt andere Modellformate. https://mitxela.com/projects/model-viewer ist eine verwandte Seite, die jacobs letzten Monat geschrieben hat
      Schade nur, dass ich keine Lizenz sehe. Es ist wirklich hervorragend, und ich würde es gern verwenden; neu zu implementieren wäre vermutlich auch nicht sehr schwierig. Die schwierige, aber nicht urheberrechtlich schützbare Arbeit, herauszufinden, welche Benutzeroberfläche und Programmierschnittstelle am besten passt, hat jacobs ja schon erledigt
    • Ironischerweise hat es etwas von den späten 90ern. Es gab damals eine Technik, mit der man einfache 3D-Objekte in Webseiten einbinden und simpel rotieren lassen konnte
      Irgendein XML-Format, vielleicht war es VRML, aber ich erinnere mich möglicherweise falsch; vielleicht war es auch einfach ein Java-Applet

  • Diese Person liefert in letzter Zeit wirklich ein cooles Projekt nach dem anderen ab. Zumindest die Videos tun das
    Ich habe mir den Satelliten-Uhren-Bausatz fürs Büro gekauft und mag ihn sehr

  • Das Video ist großartig, die Umsetzung ist cool, und ich bin wirklich dankbar, dass mitzela so viel teilt
    Allerdings finde ich es immer etwas schade, wenn freiliegende LEDs direkt ins Auge stechen
    Nach kurzem Nachdenken würde ich gern eine nächste Version sehen, bei der das LED-Licht durch die Haut diffundiert
    Sanft leuchtende Ohren, Nasen oder Lippen – das wäre etwas

  • Wunderschön. Wirklich bescheiden, aber das ist eine sehr kreative und inspirierende Arbeit

  • Im Beitrag habe ich nicht gesehen, welche Metallart für die Teile verwendet wurde, die die Haut berühren. Für Piercings kann man nicht beliebiges Metall verwenden; häufig kann Nickel austreten und Metallallergien auslösen
    Angeblich kann das ziemlich schlimm werden. Die gängige Edelstahlzusammensetzung ist 316L; ich hoffe, er hat das oder ein ähnlich geeignetes Material verwendet

    • Es sieht so aus, als hätte er eine Spritze verwendet, also vermutlich medizinische Qualität

  • Sehr cyberpunkig. Ich freue mich auf das Zeitalter der Kybernetik

    • Wie in Johnny Mnemonic könnte man damit Daten, Überwachungsgeräte usw. schmuggeln
      Eine Welt, in der Sneakernet das sicherste Schmuggelmittel ist, wäre interessant