口袋裏的咖啡機手工電子DIY教程

DIYer:Runeshai 製作時間:3小時 製作難度:★★☆☆☆ GEEK指數:★★★☆☆ 

 

1   工具和材料1.1   零件清單○ 2個 1英寸蓋子

○ 4個 1/2英寸蓋子

○ 1根 1/2英寸管子（長度3英寸）

○ 3個 1/2英寸連接器（其中2個會被砸扁，當作銅塊用）

○ 1個 1英寸連接器

○ 1個 1至1/2英寸的減徑管（可以和1英寸的管子配合），用於釀造口

○ 1個 1至1/2英寸的減徑管（可以和大於1英寸的管子配合），用於沸騰壺

○ 1個 1/4英寸的銅管（大約4英寸長）

 

1.2   螺釘螺母釀造口需要：

○ 1個 6-32的3英寸螺釘

○ 1個 6-32的帶翼螺母

孔需要：

○ 1個 小螺母和螺釘

○ 螺釘長度不超過1/2英寸，螺母寬度約爲3/8英寸

加熱爐需要：

○ 1個 小螺母和螺釘

○ 螺釘直徑必須小於銅管的1/4英寸，長度大約爲1/2英寸。

 

1.3   塑料零件○ 2個 1英寸的橡皮墊圈

○ 2個 小橡皮墊圈，用於一些閥門。（用於孔和釀造口的帶翼螺母）

○ 1個 注射器

○ 1塊 小的廢棄木板（用於製作夾具）

 

1.4   工具列表● 1臺電鑽

● 1把弓鋸

● 1支烙鐵

● 1張150號顆粒的砂紙

● 1副鋼絲鉗

● 1把鉗子

● 1根榔頭

 

1.5   鑽頭● 1/4英寸

● 1/8英寸

● 1/16英寸

 

2   設計目標設計目標就是任何產品設計時要考慮的最重要的幾個方面，它們決定了限制有多大。目標越明確，設計上的限制就越大，我們就要發揮更大的創意，才能實現它們。在本項目中，我有如下目標。1——產品必須能夠放進牛仔褲口袋裏。2——產品必須用常見、便宜而且容易獲取的材料製作，可以在任何家庭製作商店或者街角的五金店裏買到。3——產品必須用簡單的工具完成，大部分製作愛好者都應該有這樣的工具，或者可以輕鬆地借到或便宜地買到。4——產品必須是自給自足的。5——預算不能太高。這五個簡單的目標的確讓我的設計有了方向，來製作這樣一個咖啡機，其中還用到了些不尋常的方法。 

3   研究和改進首先，什麼是意式濃縮咖啡呢？維基百科的解釋是：濃縮咖啡（Espresso）或意式濃縮咖啡，是一種口感強烈的咖啡類型，方法是以極熱但非沸騰的熱水，藉由高壓衝過研磨成很細的咖啡粉末來衝出咖啡。那麼，讓我們再寫出幾條設計目標吧：需要多少水和咖啡？維基百科再次作出解答：可以有單份、雙份，或三份的量，分別大致對應於1、2，和3盎司（美國液體計量單位）（大約30、60或90毫升）的標準（normale）“份”（shot），並使用成比例的磨碎咖啡豆，大約7～8、14～16，和21～24克；並使用對應尺寸的濾袋。需要多大壓力？維基百科說，提純濃縮咖啡的過程並沒有通用的標準，不過還是有些衆所周知的說法，試着將磨碎咖啡豆的數量和類型、水的溫度和壓力，以及提純率做硬性規定在網絡上大致搜索一下，就知道最大壓力爲9個大氣壓（bar），但是就算壓力沒這麼大，做出來的咖啡也依然可以稱爲“意式濃縮”。我找了個量杯和天平，量出了1、2和3份所需的水和咖啡豆，根據設計目標1，這臺咖啡機只能製作1份，因爲機器變大的話就塞不進口袋裏了。既然我知道了咖啡機的尺寸，就可以開始研究如何完成了。我用股溝搜索“口袋大小咖啡機”，只找到了兩條結果：“Handpresso”和“Mypressi Twist”。Handpresso利用了類似於自行車打氣筒的原理，獲取所需的壓力，而Twist使用了蓄氣筒，得到9個大氣壓的壓力。但是這兩個都有一個共同點：都需要“添加熱水”。這就是說，必須有外部熱源，讓水達到“接近沸點”，維基百科上就是這樣說的。但是，目標4規定了我們的咖啡機必須是自給自足的，所以我做的這臺小機器就和他們不是一種類型的了。這就產生了一個問題……我要如何利用這自給自足的機器，將水加熱到所需的溫度呢？唯一可靠的選擇就是找某種爐。在網上大量搜索之後，我將選擇縮小到了酒精爐。現在，我要講講我自己了：我其實很笨拙，所以一想到酒精爐這個劇烈燃燒的東西，我還是有點怕怕的。於是我想到了設計目標6：必須安全。這個目標結果就成了最難做到的一個。咖啡機由三部分組成：釀造口、沸騰壺，以及加熱爐。那麼，我們就來考慮製作上的具體設計方案吧！ 

4   沸騰壺設計方案：既然設計目標2規定了零件必須能從附近的家庭製作商店或者五金店裏買到，那我就決定到Home Depot去逛一圈。我知道，我需要的是銅質管件，因爲這玩意兒不僅便宜，而且銅這種材料比較軟，容易焊接。當我來到店裏的時候，我就逮到什麼看什麼，研究如何將眼前的東西利用起來，反正我要的就是個類似於火山壺（Kelly Kettle）的東西。我只購買了沸騰壺的零件，因爲這一部分將決定整個機器的尺寸和形狀，所以我可以從中判斷它能否放進口袋裏。我將1英寸大小的零件定爲最大尺寸件，原因很簡單，我的口袋裏最多就能放下直徑這麼大的管子。 

4.1   製作材料的選擇有些製作愛好者給我留言，提到了他們在製作中可能碰到的2個問題：1)焊料中的鉛2)銅和食品之間的問題。第一個問題很好解決：用無鉛焊料就行了。第二個問題麼，就沒這麼簡單了……主要顧慮的地方在於，食品中的酸會腐蝕銅，而產生的鹽類會損害健康。這可不是個小問題，於是我就諮詢了一位醫生（其實是我家人的朋友），請她看看這篇教程，給出醫學上的看法。她說，總的來說，沒什麼可擔心的，因爲：a銅是無毒的，我們的膳食中本就需要這一元素。再說了，還有人患有缺乏銅元素的毛病呢。b有些銅合金其實是有抵抗微生物的能力的，所以有的醫院的房門把手就是銅質的。c不用多說，身體內銅過量肯定是有害的。d釀造的時間很短，所以發生腐蝕的可能性也不大。e如果真的發生了腐蝕，那麼也很可能被咖啡渣帶走。f在釀造口上鍍錫就能避免發生任何銅腐蝕了。 

4.2   製作，第一部分既然我拍的照片有的時候不是很清楚，而且設計圖至少要花6頁說明才能解釋清楚，所以我就畫了這臺咖啡機的半剖圖，並標註了所有的零件尺寸和孔的大小。1.鑽出1至1/2英寸減徑管上的4個孔2.難看地將1/2英寸管焊接在1至1/2英寸的減徑管上至於爲什麼“難看”嘛……設計目標3規定了，只能使用簡單、便宜的工具。於是我覺得噴燈可能就太貴了，不是每個人都有的，而且如果我用的話，沒準就把我自己給點着了。而且，如果我們的年輕讀者們想要將它做成聖誕禮物送人的話，那我就一定要找到別的方法，安全地進行焊接。我能夠想到的唯一便宜的工具就是烙鐵了。不過，天下畢竟還是沒有免費午餐的。用烙鐵的話，不僅緩慢，而且完成後的樣子也不好看。我必須將焊接的部位打磨一遍，讓它們好看一些，不過，爲了能夠滿足設計目標，這也是沒有辦法的事情。於是，我就決定將這種方法稱爲“難看焊接”。"注意：必須使用無鉛焊料。" 

4.3   製作沸騰壺，第二部分設計方案：我必須將管子砸平，才能讓它塞進沸騰爐裏。管子底部的凹槽只是爲了避免製作過程中管子被卡住而已。 

1.找出1/4英寸管，在一頭切割出一道V字形凹槽。 

2.沿着凹槽，彎折成90度。 

3.難看地焊接接合部位。 

4.用榔頭將管子長的一邊砸平。 

5.在砸平的管子一頭，切割出一道小凹槽。 

4.4   製作沸騰壺，第三部分 

 

 

1.像照片中那樣，看看所有的零件是否能很好地配合起來。2.將所有的東西都焊接起來（別忘了和水管平行的螺母） 

5   酒精爐設計方案：完成了沸騰壺之後，我就可以算出加熱爐的尺寸了。這將決定這次製作的成敗。我發現在兩種小型酒精爐的設計方案中，密封的比較安全。不過，只要你把它打翻了，一樣會釀成火災的。而且，燃料的使用量也是一個問題。我能想出來的設計方案中，都必須先在裏面裝滿燃料，然後一直燒完。我按照這一製作理念，做出了1號原型機。它的確很小，但才燒了20秒鐘就把燃料用完了，還差點燒到我。這時我就知道了，必須往爐子里加入更多的燃料，但是這就意味着爐子會變大，這就違背了設計目標1了。那麼，我的加熱爐就必須從外部獲取燃料。在線搜索之後，我只找到了一種便宜的加熱爐（），雖然我看到了許多漂亮的爐子，但毫無疑問，它們全都無法滿足設計目標2、3和6。我別無選擇，只能自己設計一種新的小型、外部燃料、本質上安全的酒精爐。我花了一個月才設計完，期間進行了大量的研究和改進，最後，13號原型機成功了，真是太幸運了！！！在充滿酒精後，它持續燃燒了18分鐘36秒。我其實有想過，在可控的環境下，故意將裝滿燃料的酒精爐打翻，製造出一場“火災意外”。結果我還真碰上了，都是笨手笨腳惹的禍：在第二次燒這爐子的時候，在點了大概1分鐘以後，我一不小心用手將它碰倒了。由於我用了一層膠帶來充當安全帽，以及控制空氣流動，這些酒精全都灑在了桌上和我身上。在碰翻之後，爐子立刻就關掉了，所以打翻的燃料並沒有被點着。這一設計方案成功了！最後的設計方案非常簡單明瞭，堪稱優秀。但這條漫長的研究之路你永遠不會懂……加熱爐有三個主要部分：1.燃料倉，帶有流量控制2.蒸發器3.擴散器和熱交換器。加熱爐的原理是，每次只氣化出燃燒所需量的燃料。這樣做有兩個好處：可以採用外部燃料源，而且既然火焰只能燃燒少量氣體，那麼只要燃料源發生任何易變，都會立刻將爐子關閉（符合設計目標6）.我設計了許多種不同類型的流量控制方法（一種使用的是打火機的閥門），不過最後，我選擇了一種簡單的方法。在手動注射器的頂部貼上一點膠帶，開一個針眼大小的孔，讓它每秒射出一滴爐子所需的燃料。這種方法不僅簡單，成本也低（雖然Home Depot裏沒有賣，但你可以在任何一家藥店裏買到）。流速非常小，而燃料倉只需要在頂部開一個小孔充當閥門，就可以將氣壓平衡下來，讓流動持續下去了。而且在安全方面，這也是很不錯的，因爲這個孔非常小，就算你把燃料倉斜過來，也不會漏出燃料。如果你想（我知道有人會的）的話，也可以簡單地將爐子的尺寸等比例放大，充當野營爐（我將來可能會寫一篇這樣的教程）。 

5.1   酒精爐，製作第一部分1.根據設計圖，在所有零件上切割並鑽孔。 

2.用一塊廢棄木板，鑽一個1/4英寸的孔，深度1/2英寸（鋸削時的夾具）。3.將1/4英寸的管置於夾具中，切割出4道凹槽（正面反面，一側兩道）4.將燃料罐和注射劑支架組裝並難看地焊接起來5.將燃料罐放入沸騰壺中，然後將爐子底部難看地焊接起來。6.難看地焊接爐子頂部7.將蒸汽管安裝到位後，將擴散管插入頂部，用螺釘固定8.如果有需要的話，可以將爐子底部的螺釘和螺母打磨一下。 

5.2   酒精爐，製作第二部分1.耐心地打磨注射器針頭，直到長度剛剛好。不要用鉗子剪，那會把末端給封死的。2.將注射器插入支架中，配合應該很緊密。3.蓋上頂部的帽。 

6   釀造口設計方案。我把7克咖啡放成一堆，測量了一下它們的體積。然後就開始尋找可以製作釀造口的零件了。既然沸騰壺非常小，那麼我就決定使用一個1至1/2英寸的減徑管，充當釀造口的主體，這樣的話，我就能在它和沸騰壺下面放上咖啡杯了。我之所以這麼做，原因就是機器的尺寸必須很小。如果我不能把咖啡杯放在這裏，那麼就要把咖啡機舉起來，放在高於杯子的地方，那樣的話就必然要增加組件了，這就違背了設計目標4，有可能還違背了目標1。幸運的是，一切都按計劃進行。最後需要克服的一個問題就是，要設計出如何製作咖啡機的金屬過濾器。既然用手鑽在金屬上打小孔太過困難了，而且很可能會把鑽頭弄壞（太小的鑽頭會違背設計目標3的），我就不得不想出一種更簡單的方法。經過了一些實驗，我終於確定了方案。“注意：有些人表示，對於銅和食品之間的腐蝕情況無法蛋定。既然釀造口是這臺機器中唯一一個與食物接觸的地方，那麼你可以考慮一下：A）調整釀造口和過濾器的內部B）用不同類型的金屬製作釀造口和過濾器 ” 

6.1   釀造口，製作第一部分1.根據設計圖，在所有零件上切割並鑽孔。2.用弓鋸將一個連接器切開，並壓平成銅板。3.用榔頭敲打銅板，將厚度壓至針孔大小。4.將其尺寸切割成1英寸蓋子內側的大小。5.將另一個園銅板切割成1/2英寸蓋子外側的大小 

6.2   釀造口，製作第二部分1.用榔頭和釘子，墊好一塊廢棄木板，在銅圓盤上打出些“漣漪” 

2.重複第一步，將漣漪佈滿盤面。 

3.用砂紙，將這些漣漪全都打磨掉。 

4.如果還有哪個漣漪沒有打出孔的話，就重複一次。 

6.3   釀造口，製作第三部分1.將小型銅質過濾器焊接在1至1/2英寸減徑管上。2.將1/2英寸蓋子焊接在1至1/2英寸減徑管上。3.將沸騰壺中伸出來的水管切割成與1英寸蓋子平齊。4.焊接起來。 

5.用1英寸的軟管墊圈切割出1/4英寸的部件。 

6.將釀造口的頂部安裝好。7.裝入1英寸的銅質過濾器。8.裝入1英寸的軟管墊圈，將過濾器固定住。

6.4   釀造口，製作第四部分1.將兩層銅質過濾器安裝好之後（爲了對齊。），鑽一個1/8英寸的通孔2.用6-32的3英寸螺釘和帶翼螺母，將釀造口組裝起來。設計方案：如何將釀造口和沸騰壺體組裝起來，並且避免在之後由於水壓的變化而發生振動，這又是一個問題。

我嘗試過用一對銅質軟管連接器來製作釀造口。但問題在於它們太大了，結果釀造口和沸騰壺一樣長，而且要想將它們用螺釘牢牢固定住也太難了，因爲零件之間的空隙太小了。後來，我就* 想到了利用簡單的螺釘和帶翼螺母來將它們固定住。這種方法相比第一種而言，製作方便、使用也方便，成本也很低。

 

7   使用與調校完成後，你就要把所有的東西都洗乾淨，利用焊接上去的螺母留出的孔，將咖啡機裝滿水。然後配合一個小型墊圈（我用的是熱水龍頭裏的那種），將螺釘擰入螺母。 

在燃料倉中裝入究竟，用力蓋上1/2英寸的蓋子。等待15秒，讓酒精充滿爐子。拿住釀造口的部位，將咖啡機提起來。用打火機加熱爐子的底部，直到它開始燃燒（大約需要10秒鐘。）將咖啡機放在平整的桌面上，等杯子裏盛了半杯水（1盎司）——大約需要3分鐘。等機器冷卻下來後，重複這一過程，不過這一次，要把咖啡放進釀造口中哦。享受美味的咖啡吧！！