Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

禅与显微镜维护的艺术

通过Sanfilippo的显微镜看到的灰尘。显微镜图片由Tom Sanfilippo提供。Jon Christian的其他照片

它散布在Artisan's Asylum的混凝土地板上:混杂的米色橱柜,电子设备和冷却设备,真空成像室,以及雪崩,开关和指示灯,引发了传染病惊悚片。扫描电子显微镜多年来一直被忽视,年久失修,没有人知道哪些部件被打破了。

Tom Sanfilippo打算修复它。本人。

Sanfilippo最近的一天工作是担任微软的软件工程师,但几年前他开始在哈佛扩展学院上课,参与纳米加工和纳米分析。他被扫描电子显微镜如何使用粒子束将昆虫,尘埃,微生物和其他难以接近的微小物体的微观物质放大数倍数倍,变成了璀璨的单色景观。他说,有一种“禅到电子显微镜”。 Sanfilippo最终加入哈佛纳米系统中心作为外部用户,因此他可以使用他们的成像设备。

在哈佛大学,Sanfilippo遇到了Nicholas Antoniou,他当时负责维护和培训中心想象设备的用户。 Antoniou注意到了Sanfilippo对设备的不同寻常的兴趣,去年,他给了他一个不寻常的提议:如果Sanfilippo支付哈佛不再需要的过时的,无功能的LEO 982的移动费用,他可以免费获得。 “他们希望有人把它带出这里,基本上,”Sanfilippo说。

这不是正常情况,尽管这也不是闻所未闻。大学和医院有时需要处理大型设备,将它提供给业余爱好者比丢弃它更有意义。事实上,加利福尼亚州奥克兰的黑客空间Sudo Room提供了自己的扫描电子显微镜,但没有特别的用途。就在海湾对面,旧金山的Noisebridge有一台,即国际科学仪器公司的电视Mini-SEM,直到它们丢弃它为止。扫描电子显微镜很大,笨重,并且需要花费很多精力才能恢复和运行。

尽管如此,任何电子显微镜都是一种高度专业化的实验室设备,而Sanfilippo的设备非常老旧,它运行DOS并配备了一块3.5英寸,1.44MB *的软驱。它的零售价可能高达50万美元,而翻新的车型仍然售价十万美元甚至更多。并且,在这个提供最奇怪的转折中,似乎没有人知道它究竟出了什么问题 - 所以Sanfilippo不知道它是否需要一些新零件或者是否每个主要子系统都是油炸的,所以没有办法找不到把它带回家,打开它,弄脏他的手。更糟糕的是,他知道如果他无意中损坏了该装置的一个精致和专用的部件,它可以使优雅的机器永久不可修复。

仅电子显微镜的基础设施要求令人生畏。 “这不是你可以放在起居室里的东西,”安东尼斯说。 LEO 982使用3千瓦的功率,由220V电源供电,需要压缩空气,水和氮气源。他调查了Artisan's Asylum的资源,这是马萨诸塞州Somerville的一个大型创客空间,他担任董事会主席,并发现他们可以提供他所需要的大部分资源。不太确定的是他是否亲自完成任务。

最后,他决定采用它,很大程度上归功于优惠的简单新颖性。

“我想,没有人会在我的生命中再次问我这个问题,所以我说是的,”他说。

拆卸和故障排除

首先,Sanfilippo必须断开连接显微镜机柜的串行,并行,SCSI和同轴电缆的混乱。这台机器位于洁净室内,因此他需要穿上笨重的西装,同时将它拆开。然后是事情的复杂性:数十个电子连接和水管在计算机终端,真空室和电源之间通过单元之间的四个波纹软管运行。如果他只是错误地重新连​​接了一个,它可能会阻止设备通电 - 或永久损坏它。

总的来说,Sanfilippo说他在洁净室里呆了大约三天,在断开之前拍摄并标记每根电缆。然后,他聘请了哈佛大学的内部搬家服务,将他们运送到工匠的庇护所 - 这是一段不到两英里的旅程。

回到萨默维尔,他调查了设备和服务手册,这些手册由LEO所有者Carl Zeiss AG用德语印刷。

“一旦我到了这里,我开始发现问题,”他说。 “然后,当我拆卸它时,我创造了更多的问题。”

首先,在腔室中有一个间隙孔,这需要几乎是电子枪操作的总真空。在哈佛,它配备了能量色散X射线光谱仪,对放大室中的样品进行元素分析,但在Sanfilippo到达显微镜之前,有人取下了该装置,在真空室中留下一个直径为直径的孔一罐百事可乐。 “可怜的机器已经被挑选了很多,”他说。

他决定盖一块板来盖洞。他进行了精确的测量,将其在Artisan的Asylum数控机床上铣削出来,然后安装了橡胶密封圈。它似乎很贴合,但为了测试它,他需要修理泵。

为了拉动电子枪所需的超真空,LEO 982使用三个泵。第一种是传统的真空吸尘器,它将大部分空气吸出腔室。然后,涡轮分子泵用转子敲出单个分子,最后,钛升华泵在腔室内部涂上一层清洁的钛,当它们撞击墙壁时会与落后者发生反应,使它们变成固体。

Sanfilippo使用USB转串口转换器在涡轮分子泵上运行诊断。结果很严峻;他考虑重建它,但选择了价格合理的翻新模型。

不过,他重建并清理了传统的泵。它缺少一个过滤器,导致它通过管道泄漏油并进入涡轮分子泵,这可能导致该设备的灾难性损坏。他更换了污染的软管,安装了一个新的过滤器,泵启动了。

但当他打开常规和涡轮分子泵时,腔室没有拉真空。他建造的新板块将空气泄漏到室内。 “我猜到了通道的深度,我切得太深,”他说。

他考虑过他的选择。他可以回到数控机床并铣削一个新板,调整通道以实现更好的密封。或者他可以买一罐Vacseal并将其喷洒在边缘,直到不完美的盘子固定。他选择了第二个,它起作用了。在施加厚的粘合剂层之后,腔室抽真空。

Sanfilippo接下来打开冷水机组,将温度为68-72°F的水再循环以冷却高压电源和电磁铁,发现软管被有机物堵塞。 “它充满了藻类,”他说。他通过软管轰击压缩空气来清理冷却器,然后开始将其连接到供水系统。

但Sanfilippo知道该设施的基础设施会受到限制。 Artisan's Asylum是一个庞大的,占地40,000平方英尺的创客空间,里面装有Hexapod项目和自主战斗机器人设计挑战赛,自行车帮SCUL和自行车车架制造商Paul Carson等机器人。它拥有全面的加工和焊接设备,uPrint SE Plus和Lasersaur 100W激光切割机。但最初,Sanfilippo设置显微镜的空间甚至没有供水。因此,他从附近公共区域的堵塞水槽中清除了丙烯酸树脂(“我成了一个固定水槽的民间英雄,”他说)并在水槽和显微镜的冷却系统之间蜿蜒一对软管。

此时,冷却器和计算机应该已打开电源,但出了点问题。 Sanfilippo检查并仔细检查了组件之间的布线,翻阅服务手册,并咨询了Asylum的电子专家。他最终发现他已经将离子升华泵的高压电源和主控制台之间的电缆重新连接起来,后者吹掉了少量焊接的保险丝。他找到了位于Artisan's Asylum周围的合适的替换保险丝,一位朋友帮助他更换了它们,并且电脑开机了。

随着冷却器的运行,Sanfilippo可以激活离子升华泵。它通电,腔室达到超真空。

计算机也启动了,只有轻微的打嗝,并启动到MS-DOS 5.22(“对于黑客空​​间,运行DOS是好的,”Sanfilippo说)。他让电子枪稳定了几个小时,设置了光圈并校准了磁场,并带着一种压倒性的感觉,发现它正在提供一个图像。

“我不知道自己能走多远,”他说。 “当我拿到那些照片时,我简直不敢相信。”

没有人比纳米尺度系统中心的显微镜老看护人更惊讶。

“我怀疑他需要一些专业帮助,我确实给了他一些联系,”安东尼奥说。 “我对这些仪器有数十年的经验,至少我可能会咨询服务工程师。”

2004年收购LEO的蔡司代表Harald Hass同样不相信。 “对于这个人来说,这肯定是一个挑战,我认为如果没有经验丰富的工程师的帮助或支持,他就无法做到这一点,”他说。

你打破它......

这可能是Sanfilippo恢复的结束(“我有点喜欢让它运行成功,”他说)如果他在出城时为了侄女的高中毕业而没有离开机器。还记得冷水机是如何连接到水槽的吗?周末他走了,有人断开软管,让它断开连接,所以显微镜在没有冷水的情况下运行。 Sanfilippo的最佳猜测是该装置达到72度并自动关闭,但在过热的电子装置导致软管在机柜内爆裂之前不会。

当他重新打开电源时,令他感到恐惧的是,水开始喷入电子装置并汇集在地板上。

他把它关掉,把柜子拆开,然后用吹风机吹干每个部分。实现水槽不是一个长期的解决方案,他为冷水机安装了专用水管。电子设备似乎没有任何永久性损坏,但这一事件显然使电子枪的尖端变形,在过热事件发生后不再提供清晰的图像。 Sanfilippo发现更换电子枪的折扣很大,但没有关于如何更换电子枪的文件。他小心翼翼地将成像室分开,即兴完成每一步,并使他的安装成功。

一个未知的未来

在一个典型的日子里,修好的显微镜覆盖着厚厚的工具,纸张,包装和各种电子产品。现在它恢复了怎么办? “这是下一步:人们可以用它做什么?”Artisan的庇护总裁Derek Seabury问道。 “我们是否会对故障组件进行结构分析,看它们是否与计算机模型或3D打印机的灯丝相匹配?它将成为阿森纳中一个出色的新工具。“

Sanfilippo计划至少教授一门课程 - 他希望,通过这种培训,Artisan's Asylum的其他人将在他们自己的项目中找到它的用途 - 他一直在与附近的Aeronaut Brewery谈论使用它来丰富课程啤酒制作。 Sanfilippo承认,一个发人深省的可能性是他可以出售它来帮助支付庇护费用。很难说像这样的显微镜可以拿到什么,但其他类似的显微镜已被列入超过10万美元。

但是,对于Sanfilippo来说,收益并不是成品;这是一个精心研究和修复每个关键组件的过程 - 并且深入了解通常为制造商和专业技术人员保留的电子显微镜 - 使项目变得有价值。

“我不知道[电子显微镜]是如何工作的,”他说。 “我理论上只知道事情。现在我觉得我真的知道这个设备。“

*这个故事的先前版本提到了“1.44英寸软盘驱动器”,这是不正确的。

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