≡×МЕНЮ

• Ремонт
• Ремонт
• Вътрешен дизайн
• За всичко
• Относно ВиК

Производство на печатни платки на CNC машина. Изработка на настолно устройство за изработка на печатни платки с едно кликване Домашно CNC за печатни платки

Машината с ЦПУ е много удобна за използване в домашна радиолюбителска работилница за производство печатни платкикакто продуктови модели, така и малки партиди продукти. Наличие на гравиране - CNC фрезованев домашна работилница или малко предприятие ви позволява както да намалите времето, необходимо за производство на печатна платка, когато правите макетни платки, прототипи на малки партиди продукти, така и да подобрите качеството на произведените печатни платки в сравнение с други методи на производство. Използването на машина с цифрово управление ви позволява да извършвате пълен набор от операции за производство на печатна платка - фрезоване на проводящ модел (писти), пробиване на отвори както за инсталиране на компоненти, така и за междинни отвори, изрязване и контуриране на платката.

Първо трябва да създадете дизайн на печатна платка. За да направите това, е много удобно да използвате програмата Sprint Layout 6, която е много популярна сред радиолюбителите.При разработването трябва да вземете предвид технологични характеристикиобработка на фолирани печатни платки на CNC машина, тоест трасиране с достатъчно широки траектории, оставяне на необходимите празнини за преминаване на гравьор/резачка и др. Началната точка за координатите трябва да бъде ЛЯВИЯТ ДОЛЕН ЪГЪЛ, Фигура 1.

На слой O рисуваме очертанията (границите) на печатната платка, по която ще бъде подрязана готовата платка. Посочваме дебелината на линиите в зависимост от диаметъра на ножа, използван за рязане на дъската. Ние контролираме празнината между ръба на дъската и пистите, така че контурът да не се пресича с пистите. За да се гарантира, че дъската след рязане не е изхвърлена от детайла и не е повредена от фрезата, оставяме джъмпери, които ще държат дъската в детайла. Те лесно могат да бъдат изрязани по-късно със странични ножове при отстраняване на готовата дъска. Изключете допълнителните слоеве и първо проверете платката, Фигура 2.

фигура 2

Отворете прозореца за настройка на „стратегии“ за фрезоване, фигури 3 и 4.

фигура 3

фигура 4

В прозореца „ширина на следата“ (Фигура 4) посочваме дебелината на нашия режещ инструмент. Например гравьор с режещ връх 0,6 мм. За удобство на по-нататъшната обработка поставете отметка в квадратчето „маркиране на дупки“. Кликнете върху „Ok“. Фигура 5 запазваме на удобно за нас място.

Фигура 5

След изчисляване на пътя на обработка, платката ще изглежда така, Фигура 6:

Фигура 6

Можете ясно да проследите пътя на ножа и количеството мед, което ще премахне. За удобно показване на пътя на ножа като тънка линия, можете да натиснете специалния бутон, Фигура 7:

Фигура 7

На на този етапНеобходимо е внимателно да се следи траекторията на фрезата - да се провери дали няма късо съединение между проводими пътища, които не принадлежат към една и съща верига. Ако бъде открита грешка, коригирайте и запазете отново файла.
След това трябва да подготвите програма за управление на машината. Използвайки помощната програма Step Cam 1.79 (можете да я изтеглите от интернет), отваряме нашия файл за фрезоване, настройваме работното подаване и дълбочината на рязане (в зависимост от използваната машина, инструмент и материал) и го конвертираме в G-код чрез натискане на Направете G-код ключ. Програмата ще генерира G-код за обработка въз основа на файла за фрезоване. Можете да видите резултата от генерирането на G-код, като използвате раздела Действие -> Начертайте G-код. Ако нищо не се показва, трябва да щракнете с мишката в прозореца, Фигура 8.
Експериментално регулираме дълбочината на фрезоване, опитвайки се да настроим машината така, че фрезата/гравьорът да премахва само медния слой, с леко нарязване. Този параметър зависи от дебелината на медното фолио на използваната печатна платка.

фигура 8

Щракнете върху Запазване на G-код. Файлът е готов.
Зареждаме файла в Mach3 и извършваме визуална проверка на изтегления файл. Поставяме нули на машината и започваме обработката.
За пробиване на дупки в дъската и изрязване по контура, настройването и подготовката на файловете е подобно. Примерни настройки са показани на фигури 9 и 10.
Фигура 9 на пробиване:

фигура 9

Фрезоване на дъската по контура, Фигура 10:

фигура 10

Отделно запазваме настройките за пробиване и фрезоване на контура. Качване в Step Cam. Посочваме дълбочината на обработка, в зависимост от дебелината на използваната печатна платка, с леко рязане. Например, с дебелина на текстолита 1,5 мм, задаваме диапазона на пробиване на 1,6-1,7 мм. Контурното фрезоване е препоръчително да се извършва на 2 - 4 прохода, в зависимост от характеристиките на режещия инструмент. За да направите това, задаваме дълбочината на потапяне при фрезоване в Step Cam на 0,5 mm и след това след всяко преминаване на машината ръчно спускаме инструмента по оста "Z" и го нулираме на нула.

Някои нюанси на работа на машина при изработка на печатна платка:
1. Повърхността на работния плот трябва да е възможно най-плоска и равна. Един от начините да постигнете това е да направите „жертвена маса“ от шперплат и да я подрежете. За да направите това, лист шперплат се прикрепя към основната работна маса на машината и след това с помощта на голям нож "леглото" за дъската се фрезова на малка дълбочина (1-2 mm).
2. Фибростъклото не винаги е идеално гладък материал и дебелината му също може да варира. Затова е необходимо да се реже с лек надрез. Някои опитни хора специално съставят карти на височината за по-точна обработка. Степента на рязане се определя експериментално.
3. За фрезоване можете да използвате гравьор тип пирамида с връх от 0,4 до 1 мм. За пробиване има свредла 0,8-1,5 мм със стебло за стандартна цанга 3,175 мм. Най-добре е да режете по контура с резачка за царевица 2-3 мм.
4. Инструментът се сменя ръчно всеки път. За да направите това, след като завършите например фрезоването на релсите, спираме шпиндела и оставяме машината в режим на задържане. Ние повишаваме режещ инструментдо удобна за смяна височина, сменете го. След това задаваме нулата по оста "Z". И така при всяка смяна на инструмента. Координатите X и Y са различни от нула.
5. Не забравяйте, че фибростъклото не е най-много полезен материалза тялото. Текстолитният прах е особено вреден за респираторен тракт. Ето защо е препоръчително да организирате качулка или по друг начин да премахнете излишния прах от зоната на рязане. Можете например периодично да мокрите печатната платка с вода или друга подходяща течност, като използвате медицинска спринцовка. Мокра превръзка на носа/устата или респиратор ще свършат добра работа за защита на дихателните пътища.

Статията е само за информационни цели и се основава на личен опитавтор и не е единственото правилно и възможно решение.

Доколкото си спомням сега, на 23 февруари попаднах на публикация там, където човек искаше да гравира печатни платки на 3D принтер. В коментарите те посъветваха да не измъчват корема на принтера и да обърнат внимание на проекта Cyclone PCB Factory.

Запалих се от идеята. По-късно в един момент дори ще съжалявам, че го взех, но това ще е много по-късно.

От много време мечтаех за собствен CNC рутер за печатни платки; това беше второто ми желание след 3D принтер. Реших да повторя проекта, особено след като вече имах нещо в кошчетата си.

Изтеглих файловете на проекта и без колебание започнах да отпечатвам частите. Направих го за около седмица. Отпечатах всичко с изключение на оста Z.

Няма останали подробни снимки на всички детайли. Някой направи екранна снимка на настройките за печат и резултата. Дюза 0,4, височина на слоя 0,24. Принтирал съм и със слой 0.28 - печата съвсем нормално.

Исках да направя машината цветна, затова отпечатах различни части с пластмаса различен цвят. Използвана пластмаса ABS Prostoplast. Цветове на космоса, тревисто зелено, почервеняващ залез.

Би било по-добре да отпечатате всичко в сиво пространство. Червено и зелено се оказаха доста крехки и част от частите се напукаха при сглобяването. Някои бяха излекувани с ацетон, други бяха препечатани.

Аксесоари:

Имах три безплатни стъпкови двигателя, купих ги за проект за 3D принтер и реших да ги използвам временно.

Взех 8 мм водачи от мастиленоструйни принтери, като разкъсах няколко принтера на части. Търсих местни магазини за втора употреба, Avito. Станаха дарители мастиленоструйни принтери HP 100-200 рубли на брой. Дългият водач беше разрязан на две части, по осите X и Z.

Скобата за хартия, от която свалих гумените ролки, отиде до оста Y. Дължината беше достатъчна, за да се реже по набраздяването.

Линейните лагери бяха останали от 3D принтера; преобразувах принтера в бронзови втулки с полка точки.

За електроника реших да използвам един от моите Arduino Uno на atmega328p. Купих допълнителна платка cnc shield 3.0 за Arduino на Ali за 200 и няколко копейки рубли.

12V захранване от Leroy Merlin. Купих го за захранване на три 12V халогена, но не работи. Трябваше да ремонтирам трансформатора за халогенни лампи Tachibra и това захранване се вкорени в машината.

Инсталирах 8825 драйвери за 3D принтера, но все още имам a4988 от принтера. Сложих ги на машината.

Поръчах лагери 608ZZ от Али, дузина за 200 и няколко копейки рубли..

Планирах да използвам моя китайски гравьор GoldTool като шпиндел.

Резбовите пръти М8 ги взех безплатно от работа, останаха ми от някакъв монтаж. Почти го взех от купчината за боклук.

Докато проектът се отпечатваше и частите бяха на път от Ali, помолих приятел мебелист да изреже основа и маса от MDF. Той не беше мързелив и не спести изрезките, изряза 2 основи и 2 маси. На снимката е един от комплектите.

Нямах шперплат в кошчетата си; алчно животно не би ми позволило да си купя лист шперплат. Между другото, MDF пасва много добре.

Започнах да сглобявам машината. Всичко щеше да е наред, но стандартните 13 гайки паднаха и увиснаха вътре в зъбното колело, а 14-те гайки не паснаха в зъбните колела. Трябваше да разтопя 14-та гайка в зъбните колела с поялник.

Зъбните колела или висят по осите на стъпковия двигател, или не пасват.

Гайките на винтовете M3 бяха завъртени в монтажните гнезда.

Намерих няколко квадратни гайки за резба М3 (веднъж разглобих някаква тапа, направена от нея), които пасват идеално и не се въртят. На работа също намерих едни тапи като тази и ги използвах върху гайките. Това са главно направляващи стойки. Обикновените гайки за резба M3 трябваше да се държат с тънка отвертка, за да се предотврати завъртането им.

Някак си го събрах. По-късно, докато четях теми за Cyclone, попаднах на рециклирани машинни части за метрични крепежни елементи. От този комплект преотпечатах зъбните колела и стойката на крайния превключвател по оста Z. Жалко, че не попаднах на този комплект резервни части по-рано. Бих отпечатал тези части.

Надявайки се да използвам неговия китайски гравьор, първо отпечатах една стойка на Dremel от комплекта, а след това и втората. Не пасна, моят гравьор не влезе в нито един от тях. Оригиналният Dremel, най-простият, струва малко над три хиляди рубли. За какво???

Допълнителни резервни части.

И въпреки това линейните лагери висят в гнездата си като нещо в ледена дупка.

Трябваше да поръчам шпиндел от 200 W от Ali за малко над хиляда скоба за цанга ER11. Имах късмета да получа отстъпка и да използвам купона.

Докато шпинделът се движеше, разпечатах монтаж за него от комплекта на машината. И пак има пункция, също толкова дефектна. И нито дума за скобата на шпиндела.

В резултат на това намерих и отпечатах тази стойка за шпиндел 52 мм.След малка модификация стойката пасна на машината, шпинделът пасна добре в нея.

Но лагерите на карго втулките трябваше да бъдат премахнати от тях. Инсталирах китайски LM8UU

Бих искал да кажа нещо и за китайските лагери 608zz. Нови лагери с луфт. Ужасно. Едно нещо е, че те са сравнително евтини. Не съм търсил лагери от нас.

Между другото, лагерите влизат в седалките точно като нещо в дупка. Лагерите бяха разхлабени в гнездата си. Не знам дали това е грешка или функция. В резултат на това поставих електрическа лента върху лагерните лагери.

Китайците lm8uu и lm8luu от 3D принтер също се оказаха боклуци. В резултат на това направих плъзгащи лагери за оста Y на втулки Cargo 141091. Разпечатах пластмасова клетка и вкарах чифт втулки в нея. Получените лагери бяха поставени в опорите.

За оста Z избрах повече или по-малко жив lm8uu. На оста X монтирах горния лагер lm8uu и вместо двата долни отпечатах пластмасова клетка с размер lm8luu и вкарах в нея чифт карго втулки.

За щастие ги купих по едно време. Бяха ми полезни.

Докато сглобявах машината, съжалявах, че я взех. Но нямаше накъде, проектът трябваше да бъде завършен. Събран. Стартира!

Още малко снимки от процеса на сглобяване.

Самото начало на сглобяването...

Оптималният и популярен метод днес е CNC фрезоване на печатна платка.

Традиционно има три начина за създаване на аматьорски печатни платки:

1. CNC фрезоване на печатни платки.
2. Използване на трансфер на тонер и химическо ецване в железен хлорид, но този метод може да е труден за получаване необходими материалиосвен това химикалите са опасни вещества.
3. Като се използва платени услугипредприятия, които правят това - услугите са доста евтини, цената зависи от трудоемкостта на поръчката, сложността и обема. Но това не е много бърз процес, така че ще трябва да изчакате известно време.

В тази статия ще разгледаме дали си струва да се занимавате с този вид работа, какво е необходимо за това и какви усилия трябва да положите, за да работи качествен продуктна изхода.

Предимства и недостатъци на CNC фрезоване на печатни платки

Този метод е доста бърз, но има както плюсове, така и минуси.

• минимални разходи за човешки труд, почти цялата работа се извършва от машината;
• екологично чист процес, без взаимодействие с опасни вещества;
• лекота на повторно производство. Всичко, което трябва да направите, е да го инсталирате веднъж. правилни настройки– и процесът може лесно да се повтори;
• масово производство, тъй като е възможно да се произвеждат достатъчно голям брой необходими продукти;
• рентабилност, единственият разход е закупуването на ламинат от фибростъкло от фолио, който струва около 2 долара на лист с размери 200x150 mm;
• висококачествена изработка.

• Режещите инструменти и фрезите могат да бъдат скъпи и са склонни да се износват;
• няма възможност за производство този видпродукт, използващ ножове навсякъде;
• Фрезоването може да отнеме известно време;
• при отстраняване на голямо количество мед в един проход, жлебовете на фрезата се запушват, което усложнява работата и влошава качеството на обработката;
• Размерът на разреза зависи от диаметъра на фрезата и точността на фрезоването. Ако планирате да използвате SMD части, трябва внимателно да проверите програмата за фрезоване.

Процес на производство на печатни платки

Цялото производство на този продукт е разделено на следните етапи:

1. Търсете или самостоятелно разработете диаграма и очертайте песни.
2. Подготовка на необходимите файлове за по-нататъшно производство.
3. Директно производство.

За етап 1 можете да намерите голямо количество софтуер в интернет, като Sprint Layout, PCad, OrCad, Altium Designer, Proteus и много други. Тези програми са подходящи за разработване на вериги и оформяне на писти. Най-популярното сега е CNC фрезоването на печатни платки с помощта на програмата Sprint Layout. Можете да намерите видеоклип за това на нашия уебсайт.

Обемът на втория етап зависи от сложността на дъската, която искате да получите. За най прости дизайниНеобходим е малък брой файлове. Основните са топологията, файлът за пробиване на отвори и файловете за бъдещо рязане на детайла и, разбира се, готовата дъска.

Третата стъпка включва пробиване на отвори за щифтовете за позициониране на дъската върху работната маса на машината, както и поставяне на самите щифтове. След това ще трябва да поставите дъската върху тях и да я изрежете по контура.

Софтуер

Основната трудност при фрезоването на печатни платки е наличността необходимите програми, което ще ви позволи да конвертирате дизайна на дъската в G-Code. Важен аспектот този момент е софтуерът, в който разработвате топологията в самото начало.

Нека да разгледаме принципите на работа на машината при фрезоване на текстолит. За по-добро разбиране, нека да разгледаме един пример за програмата, която се използва за фрезоване на дъска:

1. Закрепване на детайла върху леглото, фиксиране на специална приставка в шпиндела, за да се сканира повърхността, за да се видят и идентифицират нередности.
2. Инсталиране на фрезата за релсите в шпиндела и стартиране на самата програма за фрезоване.
3. Настройка на свредлото за пробиване и стартиране на програмата за пробиване.
4. Последната стъпка е изрязването на PP по контура с помощта на нож. След това платката може свободно да се отстрани от листа на печатни платки, производственият процес е завършен.

Още веднъж, измивайки мивката от червени петна от железен хлорид, след ецване на дъската, реших, че е време да автоматизирам този процес. Така започнах да правя устройство за изработка на платки, което вече може да се използва за създаване на проста електроника.

По-долу ще говоря за това как направих това устройство.

Основният процес на изработване на печатна платка с помощта на метода на изваждане включва премахване на ненужните участъци от фолио от фолийния материал.

Днес повечето инженери по електроника използват технологии от типа на лазерното желязо, за да домашно производствоплат. Този метод включва премахване на нежелани зони от фолиото с помощта на химически разтвор, който разяжда фолиото в нежеланите зони. Първите ми експерименти с LUT преди няколко години ми показаха, че тази технология е пълна с малки неща, които понякога напълно пречат на постигането на приемлив резултат. Това включва подготовката на повърхността на дъската, избора на хартия или друг материал за печат, температурата, съчетана с времето за нагряване, както и характеристиките на отмиване на останалия гланцов слой. Трябва да работите и с химия, а това не винаги е удобно и полезно у дома.

Исках да сложа някакво устройство на масата, в което, подобно на принтер, можете да изпратите изходния код на платката, да натиснете бутон и след известно време да получите готова платка.

С малко гугъл можете да разберете, че хората, започвайки от 70-те години на миналия век, започват да разработват настолни устройства за производство на печатни платки. Първо се появиха те фрезови машиниза печатни платки, които изрязват релси върху печатна платка от фолио със специален нож. Същността на технологията е, че при високи скорости фреза, монтирана на твърда и прецизна CNC координатна маса, отрязва слоя фолио на правилните места.

Желанието за незабавно закупуване на специализирана машина премина след проучване на цените от доставчика. Като повечето любители, не съм готов да дам толкова пари за устройство. Затова беше решено да направим машината сами.

Ясно е, че устройството трябва да се състои от координатна маса, която премества режещия инструмент до желаната точка и самото режещо устройство.

В интернет има достатъчно примери как да направите координатна маса за всеки вкус. Например, същият RepRap се справя с тази задача (с корекции за точност).

Все още имам домашно направена рентгенова маса от един от предишните ми хоби проекти за създаване на плотер. Следователно основната задача беше да се създаде режещ инструмент.

Логична стъпка би била да оборудвате плотера с миниатюрен гравьор като Dremel. Но проблемът е, че плотер, който може да се сглоби евтино у дома, е трудно да се направи с необходимата твърдост и успоредност на равнината му спрямо равнината на печатната платка (дори самата печатна платка може да бъде извита). В резултат на това изрежете дъски върху него повече или по-малко добро качествоне би било възможно. В допълнение, използването на фрезоване не е в полза на факта, че фрезата става тъп с течение на времето и губи своите режещи свойства. Би било чудесно, ако медта може да бъде отстранена от повърхността на печатната платка по безконтактен начин.

Вече съществува лазерни машиниНемски производител LPKF, при който фолиото просто се изпарява от мощен инфрачервен полупроводников лазер. Машините се отличават със своята точност и бързина на обработка, но цената им е дори по-висока от тази на фрезите, а сглобяването на такова нещо от достъпни за всеки материали и някак си по-евтино изглежда все още не е проста задача.

От всичко по-горе, аз формирах някои изисквания към желаното устройство:

• Цената е сравнима с цената на среден домашен 3D принтер
• Безконтактно отстраняване на мед
• Възможността сами да сглобите устройство от наличните компоненти у дома

Така започнах да мисля за възможна алтернатива на лазера в областта на безконтактното отстраняване на мед от печатни платки. И се натъкнах на метода на електрическа искрова обработка, който отдавна се използва в металообработването за производството на прецизни метални части.

При този метод металът се отстранява чрез електрически разряди, които се изпаряват и го пръскат от повърхността на детайла. По този начин се образуват кратери, чийто размер зависи от енергията на разряда, неговата продължителност и, разбира се, от вида на материала на детайла. В най-простата си форма електрическата ерозия започва да се използва през 40-те години на 20 век за пробиване на дупки в метални части. За разлика от традиционната машинна обработка, дупките могат да бъдат направени в почти всякаква форма. В момента този метод се използва активно в металообработването и е довел до появата на цяла серия от видове металорежещи машини.

Съществена част от такива машини е генератор на токови импулси, система за подаване и движение на електрода - именно електродът (обикновено меден, месингов или графитен) е работният инструмент на такава машина. Най-простият генератортокови импулси е прост кондензатор с необходимата стойност, свързан към източник на постоянно напрежение чрез резистор за ограничаване на тока. В този случай капацитетът и напрежението определят енергията на разреждане, което от своя страна определя размера на кратерите, а оттам и чистотата на обработката. Вярно е, че има един важен нюанс - напрежението на кондензатора в работен режим се определя от напрежението на пробив. Последният зависи почти линейно от разстоянието между електрода и детайла.

В течение на вечерта беше направен прототип на ерозионен инструмент, който представляваше соленоид с медна жица, прикрепена към неговата арматура. Соленоидът осигурява вибрация на проводника и прекъсване на контакта. LATR беше използван като източник на енергия: изправеният ток зареждаше кондензатора, а променливият ток захранваше соленоида. Този дизайн също беше закрепен в държача за писалка на плотера. Като цяло резултатът отговаря на очакванията и главата оставя непрекъснати ивици с разкъсани ръбове върху фолиото.

Методът очевидно имаше право на живот, но беше необходимо да се реши един проблем - да се компенсира консумацията на тел, която се консумира по време на работа. За да направите това, беше необходимо да се създаде механизъм за подаване и контролен блок за него.

След това, това е всичко свободно времеЗапочнах да го провеждам в един от хакспейсовете в нашия град, където има металообработващи машини. Започнаха продължителни усилия да се направи приемливо режещо устройство. Ерозионната глава се състоеше от двойка прът-втулка, осигуряваща вертикална вибрация, възвратна пружина и механизъм за протягане. За управление на соленоида беше необходимо да се направи проста схема, състояща се от импулсен генератор с определена дължина на NE555, MOSFET транзистор и индуктивен токов сензор. Първоначално се предвиждаше да се използва режим на собствено колебание, тоест да се приложи импулс към превключвателя веднага след текущия импулс. В този случай честотата на трептенията зависи от размера на междината и задвижването се управлява според измерването на периода на собствените трептения. Въпреки това се оказа възможен стабилен автоколебателен режим в диапазона на амплитудите на трептене на главата, който беше по-малък от половината от максимума. Затова реших да използвам фиксирана честота на трептене, генерирана от хардуерна ШИМ. В този случай състоянието на празнината между проводника и платката може да се прецени по времето между края на отварящия импулс и първия токов импулс. За по-голяма стабилност по време на работа и подобрени честотни характеристики, соленоидът беше фиксиран над механизма за теглене на тел, а арматурата беше поставена върху скоба от сплав. След тези модификации беше възможно да се постигне стабилна работа при честоти до 35 Hz.

След като закрепих режещата глава към плотера, започнах експерименти за рязане на изолационни релси върху печатни платки. Първият резултат е постигнат и главата повече или по-малко постоянно осигурява непрекъснато рязане. Ето видео, което показва какво се е случило:

Фундаменталната възможност за производство на печатни платки с помощта на електрическа искра е потвърдена. В близко бъдеще планираме да подобрим точността, да увеличим скоростта на обработка и чистотата на рязане, както и да вложим някои от разработките в свободен достъп. Също така планирам да адаптирам модула за използване с RepRap. Ще се радвам на идеи и коментари в коментарите.

Не харесвам ецване на печатни платки. Е, не ми харесва процесът на бъркане с железен хлорид. Отпечатайте тук, гладете тук, експонирайте с фоторезист тук - това е цяла история всеки път. И тогава помислете къде да го източите железен хлорид. Не твърдя, че това е достъпен и прост метод, но лично аз се опитвам да го избягвам. И тогава късметът ми се случи: завърших CNC рутера. Веднага възникна мисълта: не трябва ли да опитаме да фрезоваме печатни платки? Казано, сторено. Изваждам прост адаптер от esp-wroom-02, който лежи наоколо, и започвам моята екскурзия в фрезоването на печатни платки. Пътеките бяха специално направени малки - 0,5 мм. Защото ако не излязат така, тогава прецакайте тази технология.

Тъй като аз лично правя печатни платки на всеки пет години големи празници- KiCAD ми е напълно достатъчен за дизайн. Специализирано за него удобни решенияНе го намерих, но има по-универсален начин - използване на gerber файлове. В този случай всичко е сравнително просто: вземаме pcb, експортираме желания слой в gerber (без отразяване или друга магия!), Изпълняваме pcb2gcode - и получаваме готов nc файл, който може да бъде даден на рутера. Както винаги, реалността е зла зараза и всичко се оказва малко по-сложно.

Получаване на gcode от gerber файлове

Така че не планирам да описвам конкретно как да получите gerber файл, мисля, че всеки знае как да го направи. След това трябва да изпълните pcb2gcode. Оказва се, че изисква около милион параметри на командния ред, за да произведе нещо приемливо. По принцип документацията му не е лоша, усвоих го и разбрах как да получа някакъв gcode дори и така, но все пак исках непринуденост. Ето защо беше намерен pcb2gcode GUI. Това, както подсказва името, е GUI за настройка на основните параметри на pcb2gcode с квадратчета за отметка и дори с предварителен преглед.

Всъщност на този етап е получен някакъв gcode и можете да опитате фрезоване. Но докато проверявах квадратчетата, се оказа, че стандартната стойност на дълбочината, която предлага този софтуер е 0,05 мм. Съответно, платката трябва да бъде инсталирана в рутера с поне по-висока точност от тази. Не знам кой е, но работната маса на моя рутер е забележимо крива. Най-простото решение, което ми хрумна, беше да се постави парче жертвен шперплат върху масата, да се фрезова джоб в него, за да пасне на размера на дъските - и щеше да се озовава перфектно в равнината на рутера.

За тези, които вече са добри с рутер, тази част не е интересна. След няколко експеримента разбрах, че е необходимо да фрезова джоба в една посока (например подаване на зъб) и с припокриване от поне тридесет процента. Първоначално Fusion 360 ми предложи твърде малко припокриване и вървеше напред-назад. В моя случай резултатът беше незадоволителен.

Като се вземе предвид кривината на PCB

След като изравних платформата, залепих двустранна лента към нея, поставих печатната платка и започнах да фрезовам. Ето резултата:

Както можете да видите, от единия ръб на дъската фрезата практически не докосва медта, от другата страна тя влезе твърде дълбоко в дъската и по време на фрезоването се появиха трохи от печатни платки. След като разгледах внимателно самата дъска, забелязах, че първоначално беше неравна: леко извита и колкото и да се мъчите с нея, ще има някои отклонения във височината. След това, между другото, погледнах и разбрах, че за печатни платки с дебелина над 0,8 mm допустимото отклонение от ±8% се счита за нормално.

Първата опция, която идва на ум, е автоматично калибриране. По логиката на нещата - по-лесното, платката е помеднена, фрезата е стоманена, закачих едната жица за медта, другата за резеца - ето готова сонда. Вземете го и изградете повърхност.

Машината ми се управлява от grbl на евтин китайски щит. grbl има поддръжка за сонда на пин A5, но по някаква причина няма специален конектор на моята платка. След като го разгледах внимателно, все пак открих, че щифт A5 е свързан към конектора на SPI порт (подписан като SCL), а наблизо има и заземяване. Има един трик с този „сензор“ - проводниците трябва да бъдат преплетени. Има много смущения в рутера и без това сензорът постоянно ще дава фалшиви положителни резултати. Дори след тъкането ще продължи, но много, много по-рядко.

Командата казва: започнете да слизате до –10 в Z (дали е абсолютна или относителна височина - зависи от режима, в който е фърмуера сега). Ще се спуска много бавно – със скорост 5 мм/мин. Това се дължи на факта, че самите разработчици не гарантират, че спускането ще спре точно в момента на задействане на сензора, а не малко по-късно. Ето защо е по-добре да слизате бавно, така че всичко да спре навреме и изобщо да няма време да влезе в плащането. Най-добре е да извършите първия тест, като повдигнете главата си на височина, много по-голяма от 10 мм, и нулирате координатната система. В този случай, дори ако всичко не работи и нямате време да стигнете до бутона E-Stop, фрезата няма да се повреди. Можете да извършите два теста: първият е да не правите нищо (и при достигане на -10 grbl ще изведе „Аларма: Неуспешна сонда“), вторият - докато се срива, затворете веригата с нещо и се уверете, че всичко е спряна.

След това трябва да намерите метод за действително измерване на матрицата и изкривяване на gcode, ако е необходимо. На пръв поглед pcb2gcode има някаква поддръжка за автоматично изравняване, но grbl няма поддръжка. Там е възможно да зададете команди за ръчно изпълнение на пробата, но трябва да го разберете и, честно казано, бях твърде мързелив. Един любознателен ум може да забележи, че командата probe на LinuxCNC е същата като командата grbl. Но тогава има непоправима разлика: всички интерпретатори на gcode за „възрастни“ запазват резултата от извършения тест в машинна променлива и grbl просто извежда стойността към порта.

Малко гугъл подсказа, че има още доста различни варианти, но проектът chillpeppr ми привлече вниманието:

Това е двукомпонентна система, предназначена да играе с webny хардуер. Първият компонент - Serial JSON Server, написан на go, работи на машина, свързана директно към хардуера, и може да даде контрол на серийния порт чрез websockets. Вторият работи във вашия браузър. Те имат цяла рамка за изграждане на джаджи с някаква функционалност, които след това могат да бъдат вмъкнати в страницата. По-специално, те вече имат готово работно пространство (набор от джаджи) за grbl и tinyg.

И chillpeppr има поддръжка за автоматично изравняване. Освен това изглежда много по-удобно от UniversalGcodeSender, който използвах преди. Инсталирам сървъра, стартирам частта за браузъра, прекарвам половин час в измисляне на интерфейса, качвам gcode на моята дъска там и виждам някакъв боклук:

Разглеждайки самия gcode, който генерира pcb2gcode, виждам, че той използва нотация, при която командата (G1) не се повтаря на следващите редове, а се дават само нови координати:

G00 X1.84843 Y34.97110 (бързо движение за начало.) F100.00000 G01 Z-0.12000 G04 P0 (задържане за нула време -- G64 не трябва да изглажда тази точка) F200.00000 X1.84843 Y34.97110 X2.64622 Y34.17332 X2.69481 Y34.11185 X2.73962 Y34.00364 X2.74876 Y31.85178 X3.01828 Y31.84988 X3.06946 Y31.82249 X3.09684 Y31.77131

Съдейки по факта, че chilipeppr показва само вертикални движения, той вижда линията G01 Z-0.12 тук, но не разбира всичко, което идва след F200. Необходимо е да се промени нотацията на ясна. Разбира се, можете да работите с ръцете си или да създадете някакъв вид скрипт за последваща обработка. Но никой все още не е отменил G-Code Ripper, който, наред с други неща, може да разбие сложни gcode команди (като същите дъги) на по-прости. Между другото, той също знае как да огъва gcode с помощта на матрицата на autoprobe, но отново няма вградена поддръжка за grbl. Но можете да направите същото разделяне. Много ми паснаха стандартни настройки(с изключение на това, че в конфигурацията трябваше предварително да променя мерните единици на mm). Полученият файл започна да се показва нормално в chilipeppr:

След това стартираме autoprobe, като не забравяме да посочим разстоянието, от което да спуснем пробата и нейната дълбочина. В моя случай посочих да се намали от 1 на –2 мм. Долната граница не е толкова важна, можете да я зададете поне на -10, но не бих я препоръчал: няколко пъти неуспешно зададох началната точка, от която да започна пробата, и крайните точки се оказаха извън дъска. Ако дълбочината е по-голяма, гравьорът може да се счупи. И това е просто грешка. Нивото на горната граница директно определя колко време ще отнеме измерването на повърхността. В моя случай реално платката почти никога не надхвърляше 0,25 мм нагоре или надолу, но 1 мм е някак по-надеждно. Натискаме заветното бягане и бягаме към рутера, за да медитираме:

И в интерфейса на chilipeppr бавно се появява измерена повърхност:

Тук трябва да обърнете внимание, че всички Z стойности се умножават по 50, за да се визуализира по-добре получената повърхност. Това е конфигурируема настройка, но според мен 10 и 50 работят добре. Доста често се сблъсквам с факта, че една точка се оказва много по-висока, отколкото може да се очаква от нея. Лично аз отдавам това на факта, че сензорът улавя смущения и дава фалшив положителен резултат. За щастие, chilipeppr ви позволява да качите карта на височината под формата на json, можете да я коригирате ръчно и след това да я качите ръчно. След това щракнете върху бутона „Изпращане на автоматично изравнен GCode до работното пространство“ - и коригираният gcode вече е зареден в пипера:

N40 G1 X 2.6948 Y 34.1118 Z0.1047 (съвсем нов z) N41 G1 X 2.7396 Y 34.0036 Z0.1057 (съвсем нов z) N42 G1 X 2.7488 Y 31.8518 Z0.1077 (съвсем нов z) N43 G1 X 3.0183 Y 31.84 99 Z0 1127 (съвсем нов z) N44 G1 X 3.0695 Y 31.8225 Z0.1137 (съвсем нов z) N45 G1 X 3.0968 Y 31.7713 Z0.1142 (съвсем нов z)

Към кода са добавени Z движения, които трябва да компенсират повърхностните неравности.

Избор на параметри на смилане

Започвам фрезоване и получавам този резултат:

Тук са ясни три точки:

1. Проблемът с неравностите на повърхността го няма: всичко е изрязано (по-точно надраскано) на почти еднаква дълбочина, никъде няма празнини, никъде не е прекалено дълбоко.
2. Дълбочината е недостатъчна: 0,05 мм явно не е достатъчно за това фолио. Дъските, между другото, са някакъв неизвестен звяр от AliExpress, там не беше посочена дебелината на медта. Медният слой варира, като най-често срещаните са от 18 до 140 микрона (0,018-0,14 мм).
3. Ясно се виждат ударите на гравьора.

Относно задълбочаването. Не е трудно да се определи колко дълбоко трябва да се спусне гравьорът. Но има специфики. Коничният гравьор има триъгълна форма в проекция. От една страна, ъгълът на конвергенция към работната точка определя колко трудно е инструментът да се счупи и колко дълго ще издържи, а от друга страна, колкото по-голям е ъгълът, толкова по-широк ще бъде срезът за дадена дълбочина.

Формулата за изчисляване на ширината на рязане при дадена дълбочина изглежда така (нескромно взета от reprap.org и коригирана):

2 * дълбочина на проникване * тангени (ъгъл на върха на инструмента) + ширина на върха

Изчисляваме от него: за гравьор с ъгъл 10 градуса и контактна точка 0,1 mm с дълбочина 0,1 mm, получаваме ширина на рязане почти 0,15 mm. Въз основа на това, между другото, можете да прецените какво минимално разстояние между пистите ще направи избраният гравьор върху фолио с избраната дебелина. Е, и дори ако не се нуждаете от много малки разстояния между релсите, все пак не трябва да спускате фрезата твърде дълбоко, тъй като фибростъклото много затъпява фрези, дори направени от твърди сплави.

Е, има още един смешен момент. Да кажем, че имаме две писти, разположени на 0,5 мм една от друга. Когато стартираме pcb2gcode, той ще разгледа стойността на параметъра Toolpath offset (колко да се отдръпне от пистата при фрезоване) и всъщност ще направи две преминавания между пистите, отдалечени една от друга с (0,5 - 2 * toolpath_offset) mm , между тях ще има (или по-скоро общо, ще падне някакво парче мед и ще бъде грозно. Ако направите toolpath_offset по-голям от разстоянието между пистите, тогава pcb2gcode ще издаде предупреждение, но ще генерира само един ред между пистите. Като цяло за моите приложения това поведение е по-предпочитано, тъй като следите са по-широки, фрезата реже по-малко - красота. Наистина може да възникне проблем със SMD компонентите, но е малко вероятно.

Има ясно изразен случай на това поведение: ако зададем много голям toolpath_offset, тогава ще получим печатна платка под формата на диаграма на Вороной. Най-малкото е красиво;) Можете да видите ефекта на първия скрийншот от pcb2gcode, който дадох. Показва как ще изглежда.

Сега за ударите на гравьора. Напразно ги наричам така. Вретеното ми изглежда доста добро и, разбира се, не удря толкова силно. Тук по-скоро върхът на гравера при движение се огъва и скача между точките, давайки онази странна картина с точки. Първата и основна мисъл е, че резачката няма време да реже и затова прескача. Малко гугъл показа, че хората фрезоват печатни платки с шпиндел с 50k rpm със скорост приблизително 1000 mm/min. Шпинделът ми дава 10k без натоварване и можем да приемем, че трябва да режем със скорост 200 mm/min.

Резултати и заключение

Като вземам предвид всичко това, измервам ново парче печатна платка, започвам фрезоване и получавам този резултат:

Горният е точно такъв, какъвто излезе от фрезата, долният е след като го минах с обикновен камък за заточване няколко пъти. Както се вижда, на три места релсите не са прерязани. Като цяло ширината на пистите варира в цялата дъска. Това все още трябва да се изясни, но имам представа каква е причината. Първо залепих платката с двойно тиксо и доста често се отлепяше. След това на няколко места хванах ръбовете на главите на винтовете. Уж се държи по-добре, но пак свири малко. Подозирам, че по време на фрезоването е притиснат към платформата и поради това всъщност не прорязва.

Като цяло всичко това има перспективи. Когато процесът е отработен, конструирането на DEM отнема около пет до седем минути, след което самото фрезоване отнема няколко минути. Изглежда, че можем да експериментираме още. Но след това можете да направите пробиването на същата машина. Просто купете няколко нитове и ще бъдете щастливи! Ако темата е интересна, мога да напиша още една статия за пробиване, двустранни плоскости и т.н.