3D tiskana ABS PCB: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Kad sam na svoj Teensy spojio 4-znamenkasti 7-segmentni zaslon, odlučio sam da moram početi istraživati o izradi PCB-a kod kuće na neki jednostavan način. Tradicionalno jetkanje prilično je dosadno i opasno pa sam to brzo odbacio. Dobra ideja koju sam vidio u blizini su 3D tiskane ploče koje rade dodajući vodljivu boju vašim kanalima, ali to se čini prilično pogrešnim za vodljivost. Postoje i posebne provodljive niti koje biste mogli koristiti na pisaču s dvostrukim ekstruzijom, ali tražim nešto osnovno i učinkovito za standardnu opremu koju imam.

Pa sam razmišljao o izravnom lemljenju i polaganju komponenti i konektora na 3D ispise.

Prije nego što počnemo, upozorite: tiskat ćemo s ABS -om jer može izdržati +200ºC prije deformacije (tako da možemo pažljivo nanijeti malo lemljenja na njega). Ispis s ABS -om nije tako jednostavan kao s PLA -om, potreban vam je zatvoreni pisač i mnogo kalibracija postavki, ali kad to ispravite, rezultat čini razliku.

Da dodam kontekst, u primjerima stvaram tiskanu ploču za WiFi ploču ESP8266 12E tako da je kasnije mogu lako povezati s bilo čim drugim (konačni cilj je 4d7seg zaslon).

PCB će mi omogućiti da koristim sve svoje dostupne pinove, dok većina modula ima vrlo malo rezervnih pinova ili ima previše dodatnih značajki koje zapravo ne želim (poput NodeMCU -a).

Pribor

• Softver za dizajn PCB -a (KiCad ovdje, besplatno). Početni nivo.
• Softver za 3D modeliranje (Blender ovdje, besplatno). Korisnička razina.
• 3D pisač (Creality 3D Ender 3 Pro ovdje, oko 200 €). Korisnička razina.
• Prilikom korištenja ABS -a strogo se preporučuje kućište vašeg pisača - provjerite možete li uspješno ispisati ABS prije nego nastavite s ovim uputama.
• ABS filament (Smartfil ABS, oko 20 €/kg). 3-15 grama po PCB-u.
• Igle za šivanje (samo nabavite malo od mame). Veličina će ovisiti o promjeru igala vaših komponenti. Obično promjer 0,5 mm ili 1 mm.
• Limeno lemljenje i zavarivač (oko 15 € u lokalnoj trgovini). Osim toga, sav pribor prikladan za zavarivanje: nosač zavarivača, lampa, daska, pinceta, zaštitne naočale, maska … pribor ovisi o korisniku, samo se pobrinite da se tijekom izrade osjećate ugodno i sigurno!
• Puno strpljenja, kreativnosti i spremnosti za rad i dobre temelje (pokušajte googlati i puno učiti prije nego što se dočepate).

Korak 1: Prototip i shema

Osim ako ne slijedite tuđu shemu, trebali biste izgraditi svoj električni krug prema specifikacijama proizvođača. Testirajte prototipni krug i kad ga pokrenete, skicirajte sve veze i komponente.

Nakon što napravite skicu i budete sigurni da jasno razumijete svoj sklop, detaljno je opišite u željenom EDA softveru. To će vam pomoći optimizirati i potvrditi vaš dizajn.

Nacrtajte shemu i upotrijebite je kao vodič za dizajn vaše PCB -a. EDA softver poput Eagle -a ili KiCad -a omogućit će vam dodavanje vaših specifičnih komponenti, s realnim pinout -ovima i dimenzijama, tako da možete dizajnirati svoj električni krug točno oko njih.

Koristim KiCad, koji je besplatan i dovoljno jednostavan za razumijevanje za početak. Sve što znam je zahvaljujući Brian Benchoff @ https://hackaday.com/2016/11/17/creating-a-pcb-in… i nekim srodnim postovima, pa slijedite njegove smjernice da biste dobili lijep dizajn PCB-a.

Slike u ovom odjeljku odnose se na:

• Testni prototip za ESP8266 i 4 -znamenkasti 7 -segmentni zaslon (priključen na Teensy 4).
• Referentni dijagram ožičenja za ESP8266 12E wifi ploču.
• KiCad shema za 4 -znamenkasti 7 -segmentni zaslon koji radi kroz ESP8266 i razdjelnik napona (ovo je moj konačni cilj).
• Dizajn KiCad PCB dizajna.

Korak 2: 3D model

Nakon što imate dizajn PCB -a u papiru, trebali biste mu dati malo više realizma u softveru za 3D modeliranje. Ovo će također pripremiti vašu datoteku za vaš 3D pisač. Ovako to radim u Blenderu:

1. Napravite ravnu mrežu i preko nje dodajte svoju sliku dizajna PCB -a. Provjerite je li u mjerilu i dimenzije realne jer će to poslužiti kao "papir za praćenje".

2. Izradite pojednostavljene komponente obraćajući posebnu pozornost na točno mjesto i veličinu PIN -ova koji se spajaju na vašu tiskanu ploču. Nabavite specifikacije proizvođača na mreži ili ih sami izmjerite kako biste bili dovoljno točni. Zapamtite neke standardne zatamnjenja koja možete koristiti kao referencu:

   1. Za ploče koristite ravnine. Za jednostrano tiskano kolo koristim debljinu od 1,5 mm, jer tanje od ovoga nisam dobio dobre detalje pri ispisu (to se također odnosi na postavke i mogućnosti vašeg pisača, ali o tome ćemo kasnije). Za dvostranu PCB koristio sam debljinu od 2,5 mm.
   2. Za igle koristite cilindre promjera najmanje 1 mm kako bi ih pisač uhvatio.

   3. Za kanale koristite kocke širine najmanje 1,2 mm. Samo ćete istisnuti lica kako biste dobili svoje kanale.

3. Locirajte svoje komponente prema dizajnu PCB -a. Ako su vaše komponente dovoljno realne, ovo možete koristiti za provjeru sukoba, ali uvijek dopustite dodatni prostor oko svakog elementa.
4. Pratite svoj električni krug. Postavite kockastu mrežu na mjesto prve iglice. Zatim, u načinu uređivanja, istisnite lica u ravnoj liniji slijedeći dizajn. Opet, neka bude jednostavno, koristeći linije 90º i koristite onoliko kanala koliko smatrate. Također, dopustite razmak od najmanje 0,8 mm između zidova jer će u protivnom promašiti prilikom ispisa. Slika 1 ispod prikazuje neke izmijenjene rute nakon modeliranja sa stvarnim dimenzijama, jer je idealna ruta bila pretanka da bi se to omogućilo.
5. Izradite PCB dodavanjem ravne kocke (zatamnjuje se kao gore).
6. Ugravirajte svoje kanale i rupe na ploči dodavanjem booleovih modifikatora na vaš PCB objekt. Time će se izrezati dio ploče koji presijeca ciljni objekt boolean modifikatora.

Slike 3 i 4 prikazuju konačni rezultat ploče ESP8266 (3D model na slici 2).

Nakon toga trebali biste vidjeti 3D ispis vaše PCB -a.

Posljednji korak je pravilan izvoz modela.

1. Uvjerite se da su sva lica usmjerena prema van ("Način uređivanja - Odaberite sve" Zatim "Mreža - Normali - Ponovo izračunajte izvana").
2. Provjerite jesu li sve pojedinačna lica ("Način uređivanja-Odaberite sve", zatim "Rub-Razdvajanje rubova").-Ako izostavite ova dva koraka, možda ćete pronaći nedostajuće pojedinosti u softveru za rezanje.-
3. Izvezi kao. STL ("Samo odabir" za izvoz samo konačnog PCB -a i "Scenske jedinice" da zadrži razmjer stvari).

Korak 3: Softver za rezanje

3D pisači obično pružaju softver "Slicer" za obradu 3D modela (u.stl ili drugim formatima) i izračunavanje potrebne rute za ispis (obično u.gcode formatu). Imam Creality Ender 3 i nisam se pomaknuo s ponuđenog Creality Slicer -a, ali ove postavke možete primijeniti na bilo koji drugi softver.

Cijeli odjeljak posvećujem postavkama rezača jer su one vrlo važne pri ispisu ABS -a, što je prilično zeznuto zbog savijanja, skupljanja i pucanja. Ispis PCB -a također je ograničen standardnim 3D pisačima zbog potrebne preciznosti.

U nastavku dijelim postavke koje koristim na Creality Sliceru za detaljno ispisivanje PCB -a s ABS -a. Razlikuju se od standardnih postavki u:

• Tanki zidovi i slojevi (kako biste pružili dovoljno detalja - to može zahtijevati nekoliko ponavljanja za željeni rezultat, osim ako niste zadovoljni mojim postavkama).
• Koristite splav. Ključ je na bazi, na što biste trebali posebno paziti. (Dopuštam pomak od 10 mm od modela kako bih izbjegao da minimalno iskrivljenje utječe na ispis). Također, nema razdvajanja između linija splavi kako bi se postigla dobra čvrsta podloga. Ako ste dobro sredili bazu, sve je gotovo. Ako vidite da se neki uglovi preklapaju u vašoj bazi, sigurno ste osuđeni na propast.
• Mala brzina. Koristim oko 1/4 standardne brzine (to omogućuje dobro polaganje filamenta, a time i ljepljenje i ukupnu kvalitetu).
• Temperature ABS -a (ležaj: 110ºC, mlaznica: 230ºC)
• Ventilator onemogućen (preporučuje se održavanje temperature konstantnom za ABS).

Korak 4: Ispis

Na kraju, pošaljite svoj.gcode na pisač i nabavite PCB. Nekoliko savjeta koje biste trebali slijediti:

1. Umetnite svoj 3D pisač. Kućište će održavati vašu temperaturu mnogo stabilnijom, što je snažan uvjet za ABS tisak. Pazite da CPU i napajanje držite izvan kućišta, kao i svoje žarne niti. Ako uspijete ispisati ABS bez kućišta, podijelite svoj trik jer me to izludilo.
2. Zagrijte pisač neko vrijeme. Na PLA možete odmah ispisivati, ali sa ABS-om moj savjet je da se prethodno zagrijete s postavkama ABS-a (ležaj: 110ºC, mlaznica: 230ºC) 10-15 minuta kako biste stvorili pravu atmosferu prije nego što počnete s ispisom.
3. Ispisujte polako, ali sigurno. Kao što je ranije spomenuto, smanjio sam standardnu brzinu ispisa na 1/4 u konfiguracijskoj datoteci. Ovo se pokazuje dovoljno sporo da bi imalo dobre rezultate, ali možete upravljati brzinom ispisa tijekom ispisa reguliranjem brzine uvlačenja ako je želite još malo optimizirati. Samo imajte na umu da će velike brzine dovesti do vrlo iznenadnih pokreta koji neće učinkovito položiti žarnu nit ili bi se mogli sudariti s mrežom i odlijepiti je.
4. Izgradite dobre temelje. Ključ na ABS -u je postići dobro fiksiranu podlogu. Ako baza otkaže i odlijepi se, model je nestao (pogledajte neke katastrofalne pokušaje u nastavku). S gornjim savjetima (kućište, predgrijavanje i mala brzina) trebali biste dobiti dobru podlogu i dobru završnu obradu. No, za razliku od PLA -e, koju satima ostavljam bez nadzora, ABS -u treba posvetiti više pažnje.
5. Budite oprezni, osobito na početku. Ponavljajući gore navedeno, ključ je baza. Uvjerite se da je prva vanjska kontura dobro položena. To će potaknuti ostatak prianjanja prvog sloja. Ponekad se niti ne zalijepe odmah ili se povuku sa svog mjesta. To biste trebali uočiti dovoljno brzo kako biste ispravili izravnavanje ili čišćenje temeljne ploče. Uvijek pazite na iskrivljavanje, ako vidite da se kutovi dižu, vjerojatno će odlijepiti cijelu podlogu i pokvariti cijeli ispis. Čak i ako baza ostane na mjestu, savijanje će učiniti ovaj kut deformiranim.

Korak 5: Žica i lemljenje

Sada je vrijeme da sve postavite na mjesto:

1. Provjerite završetak kanala i rupa. Pisač posebno propušta rupe ili ih prekriva. Upotrijebite iglu za šivanje ako trebate ponovno otvoriti neke od njih. Naravno, ako niste dobili ravan ispis zbog iskrivljavanja ili niste dobili detalje koje ste očekivali, dvaput provjerite postavke pisača ili čak svoj 3D model za dimenzije.
2. Postavite svoje komponente. Moduli, otpornici, kondenzatori ili LED diode s vlastitim pinovima mogu se jednostavno postaviti. Možete malo saviti njihovu vlastitu žicu kako biste je unijeli u kanale kako biste ih kasnije lakše vezali.
3. Dodajte žicu i lemite. Upotrijebite sve igle ili kratkospojnike koji se uklapaju u kanal i prerežite ih tako da ih samo trebate lemiti na određenim mjestima spajanja. Ne bismo trebali cijelu stvar lemiti, iako to činim kad stvari ne svijetle.. U mom slučaju, morao sam ožičiti sve pinove ESP8266, i tu je bilo ključno imati dobre vještine lemljenja (što ja nemam). Ostatak ploče bio je prilično jednostavan za napraviti.

Korak 6: Testirajte svoju ploču

Ako ste sigurni da ste sve učinili dobro, uključite ga.

Za izradu prototipa pokrećem ESP8266 na serijskoj vezi Teensy 4.

Radeći testove na goloj ploči, učitao sam program koji je učitavao lokalno vrijeme putem WiFi -ja. Kao što vidite, sve je radilo dobro. Nadam se da ste i s ovom tehnikom imali dobre rezultate.