3D tiskana ABS PCB: 6 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Ko sem na svoj Teensy priklopil 4-mestni 7-segmentni zaslon, sem se odločil, da moram na enostaven način začeti raziskovati izdelavo PCB-jev doma. Tradicionalno jedkanje je precej dolgočasno in nevarno, zato sem to hitro zavrgel. Dobra ideja, ki sem jo videl okoli, so 3D -tiskane plošče, ki delujejo tako, da vašim kanalom dodajo prevodno barvo, vendar se to za prevodnost zdi precej neredno. Obstajajo tudi posebne prevodne nitke, ki jih lahko uporabite na tiskalniku z dvojnim ekstrudiranjem, vendar iščem nekaj osnovnega in učinkovitega za standardno opremo, ki jo imam.

Zato sem razmišljal o neposrednem spajkanju in polaganju komponent in priključkov na 3D -tisk.

Preden začnemo, vas opozarjamo: tiskali bomo z ABS -om, saj lahko prenese +200 ° C, preden se deformira (zato lahko nanj previdno nanesemo nekaj spajkanja). Tiskanje z ABS ni tako preprosto kot pri PLA, potrebujete zaprt tiskalnik in veliko kalibracij nastavitev, a ko to naredite pravilno, je rezultat drugačen.

Če dodam nekaj konteksta, v primerih ustvarjam tiskano vezje za WiFi ploščo ESP8266 12E, tako da ga lahko pozneje enostavno povežem s čim drugim (končni cilj je zaslon 4d7seg).

PCB mi bo omogočil uporabo vseh razpoložljivih zatičev, medtem ko ima večina modulov zelo malo rezervnih zatičev ali pa ima preveč dodatnih funkcij, ki jih v resnici ne želim (na primer NodeMCU).

Zaloge

• Programska oprema za oblikovanje tiskanih vezij (KiCad tukaj, brezplačno). Začetna raven.
• Programska oprema za 3D modeliranje (Blender tukaj, brezplačno). Raven uporabnika.
• 3D tiskalnik (Creality 3D Ender 3 Pro tukaj, približno 200 €). Raven uporabnika.
• Ko uporabljate ABS, je močno priporočljivo ohišje tiskalnika. Preden nadaljujete s tem navodilom, se prepričajte, da lahko uspešno natisnete ABS.
• ABS filament (Smartfil ABS, približno 20 €/kg). 3-15 gramov na PCB.
• Šivalne igle (le privošči jih od mame). Velikost je odvisna od premera zatičev vaših komponent. Običajno premer 0,5 mm ali 1 mm.
• Kositrna spajka in varilec (približno 15 € v lokalni trgovini). Poleg tega vsi dodatki, primerni za varjenje: podpora za varilce, svetilka, deska, pinceta, zaščitna očala, maska … dodatki so odvisni od uporabnika, le poskrbite, da se boste med izdelavo počutili udobno in varno!
• Veliko potrpljenja, ustvarjalnosti in dobre podlage (poskusite googlati in se veliko učiti, preden se lotite).

Korak: Prototip in shema

Razen če sledite shemi nekoga drugega, morate električno vezje zgraditi po specifikacijah proizvajalca. Preizkusite prototip vezja in ko bo deloval, skicirajte vse povezave in komponente.

Ko imate skico in se dobro razumete s svojim vezjem, jo podrobno preberite v želeni programski opremi EDA. To bo pomagalo optimizirati in preveriti vašo zasnovo.

Narišite svojo shemo in jo uporabite kot vodilo za oblikovanje tiskanega vezja. Programska oprema EDA, kot sta Eagle ali KiCad, vam omogoča, da dodate svoje posebne komponente z realističnimi izpiski in dimenzijami, tako da lahko svoje električno vezje oblikujete natančno okoli njih.

Uporabljam KiCad, ki je brezplačen in dovolj preprost za razumevanje za začetek. Vse, kar vem, je zahvaljujoč Brian Benchoff @ https://hackaday.com/2016/11/17/creating-a-pcb-in… in nekaterim sorodnim objavam, zato sledite njegovim smernicam, da boste na koncu dobili lep dizajn tiskanega vezja.

Slike v tem razdelku se nanašajo na:

• Preskusni prototip za ESP8266 in 4 -mestni 7 -segmentni zaslon (pritrjen na Teensy 4).
• Referenčni diagram ožičenja za WiFi ploščo ESP8266 12E.
• KiCad shema za 4 -mestni 7 -segmentni zaslon, ki deluje prek ESP8266 in delilnika napetosti (to je moj zadnji cilj).
• Konstrukcijski izhod KiCad PCB.

2. korak: 3D model

Ko boste oblikovali tiskano vezje v papirju, bi morali v programski opremi za 3D modeliranje dati še več realizma. S tem boste datoteko pripravili tudi za 3D -tiskalnik. Tako delam v Blenderju:

1. Ustvarite ravninsko mrežo in nanjo dodajte svojo oblikovno podobo tiskanega vezja. Prepričajte se, da je merilo in dimenzije realne, saj bo to služilo kot "sledilni papir".

2. Ustvarite poenostavljene komponente, pri čemer bodite posebno pozorni na natančno lokacijo in velikost PIN -ov, ki so povezani z vašim tiskanim vezjem. Pridobite specifikacije proizvajalca na spletu ali jih sami izmerite, da bodo dovolj natančni. Upoštevajte nekatere standardne zatemnitve, ki jih lahko uporabite kot referenco:

   1. Za plošče uporabite ravnine. Za enostransko tiskano vezje uporabljam debelino 1,5 mm, saj sem pri tiskanju tanjši od tega nisem dobil dobrih podrobnosti (to je odvisno tudi od nastavitev in zmogljivosti tiskalnika, vendar se bomo tega lotili kasneje). Za dvostransko tiskano vezje sem uporabil debelino 2,5 mm.
   2. Za zatiče uporabite jeklenke s premerom najmanj 1 mm, da jih tiskalnik zajame.

   3. Za kanale uporabite kocke, široke najmanj 1,2 mm. Za pridobivanje svojih kanalov boste samo iztisnili obraze.

3. Poiščite svoje komponente glede na zasnovo tiskanega vezja. Če so vaše komponente dovolj realne, lahko to uporabite za preverjanje spopadov, vendar vedno omogočite dodaten prostor okoli vsakega elementa.
4. Sledite električnemu vezju. Na mesto prvega zatiča postavite kockasto mrežico. Nato v načinu za urejanje iztisnite obraze v ravni črti po načrtu. Še enkrat, naj bo preprosto, uporabite črte 90 ° in uporabite toliko kanalov, kot menite. Dovolite tudi razdaljo med stenami najmanj 0,8 mm, sicer se pri tiskanju ne bodo zmotili. Na sliki 1 spodaj je prikazanih nekaj spremenjenih poti po modeliranju z resničnimi dimenzijami, saj je bila idealna pot pretanka, da bi jo omogočili.
5. Ustvarite svoj PCB tako, da dodate ravno kocko (zatemni kot zgoraj).
6. Vgravirajte svoje kanale in luknje na plošči z dodajanjem logičnih modifikatorjev v predmet PCB. S tem se izreže del plošče, ki seka ciljni predmet logičnega modifikatorja.

Slike 3 in 4 prikazujeta končni rezultat za ploščo ESP8266 (3D model na sliki 2).

Po tem bi morali videti 3D natis vašega tiskanega vezja.

Zadnji korak je pravilen izvoz modela.

1. Prepričajte se, da so vsi obrazi usmerjeni zunaj ("Način urejanja - Izberite vse" Nato "Mreža - Normali - Ponovno izračunajte zunaj").
2. Prepričajte se, da so vsi posamezni obrazi ("Način urejanja-izberite vse" Nato "Rob-Razdelitev robov").-Če izpustite ta dva koraka, boste morda v programski opremi Slicer našli manjkajoče podrobnosti.-
3. Izvozi kot. STL ("Samo izbira" za izvoz le končnega tiskanega vezja in "Scenske enote", da ohranite obseg stvari).

3. korak: programska oprema za rezanje

3D -tiskalniki običajno ponujajo programsko opremo "Slicer" za obdelavo 3D -modelov (v.stl ali drugih oblikah) in izračun potrebne poti za tiskanje (običajno v obliki.gcode). Imam Creality Ender 3 in se nisem premaknil s priloženega Creality Slicerja, vendar lahko te nastavitve uporabite za katero koli drugo programsko opremo.

Celoten razdelek namenjam nastavitvam rezalnikov, saj so zelo pomembne pri tiskanju ABS -a, kar je precej zapleteno zaradi upogibanja, krčenja in razpokanja. Tiskanje tiskanega vezja je zaradi zahtevane natančnosti omejeno tudi pri standardnih 3D tiskalnikih.

Spodaj delim nastavitve, ki jih uporabljam na rezalniku Creality Slicer za podrobno tiskanje PCB -jev iz ABS -a. Od standardnih nastavitev se razlikujejo po:

• Tanke stene in plasti (za zagotovitev dovolj podrobnosti - to lahko zahteva nekaj ponovitev za želeni rezultat, razen če niste zadovoljni z mojimi nastavitvami).
• Uporabite splav. Ključ je na podnožju, za kar morate še posebej paziti. (Dopuščam 10 -milimetrski odmik od modela, da se izognemo minimalnemu upogibanju, ki bi vplivalo na tisk). Prav tako ni ločitev med čolni splavov, da bi dosegli dobro trdno podlago. Če imaš pravilno bazo, je vse končano. Če vidite, da se v vaši bazi zvijajo vogali, ste zagotovo obsojeni.
• Počasna hitrost. Uporabljam približno 1/4 standardne hitrosti (to omogoča dobro polaganje filamentov in s tem lepljenje ter splošno kakovost).
• Temperature ABS (ležišče: 110ºC, šoba: 230ºC)
• Ventilator je onemogočen (priporočljivo je vzdrževati stalno temperaturo za ABS).

4. korak: Natisnite !

Nazadnje pošljite kodo.g v tiskalnik in izdelajte tiskano vezje. Nekaj nasvetov, ki jih morate upoštevati:

1. Vstavite svoj 3D tiskalnik. Ohišje bo ohranjalo vašo temperaturo veliko bolj stabilno, kar je močna zahteva za tiskanje iz ABS. Poskrbite, da boste CPU in napajalnik hranili zunaj ohišja ter žarilne nitke. Če vam uspe natisniti ABS brez ohišja, prosim, delite svoj trik, saj me je to razjezilo.
2. Tiskalnik segrejte nekaj časa. Na PLA lahko tiskate takoj, vendar pri ABS-u je moj nasvet, da se predgrejete z nastavitvami ABS (ležišče: 110ºC, šoba: 230ºC) 10-15 minut, da ustvarite pravo vzdušje, preden lahko nadaljujete s tiskanjem.
3. Tiskajte počasi, a zanesljivo. Kot smo že omenili, sem standardno hitrost tiskanja v konfiguracijski datoteki zmanjšal na 1/4. To kaže, da je dovolj počasno, da ima dober rezultat, vendar lahko med tiskanjem upravljate hitrost tiskanja tako, da regulirate hitrost podajanja, če jo želite nekoliko optimizirati. Upoštevajte le, da bodo visoke hitrosti povzročile zelo nenadne premike, ki ne bodo učinkovito položili žarilne nitke ali pa bi lahko trčili v mrežo in jo odlepili.
4. Zgradite dobre temelje. Ključ pri ABS je doseči dobro pritrjeno podlago. Če baza odpove in se odlepi, model ni več (glej spodaj nekaj katastrofalnih poskusov). Z zgornjimi nasveti (ohišje, predgretje in počasna hitrost) bi morali dobiti dobro podlago in dober zaključek. Toda za razliko od PLA, ki ga pustim brez nadzora več ur, ABS potrebuje več pozornosti.
5. Bodite previdni, še posebej na začetku. Če ponovim zgoraj, je ključ osnova. Prepričajte se, da je prva zunanja kontura dobro položena. To bo povečalo oprijem preostalega dela prve plasti. Včasih se filament ne lepi takoj ali pa se vleče s svojega mesta. To morate opaziti dovolj kmalu, da popravite izravnavo ali čiščenje osnovne plošče. Vedno bodite pozorni na upogibanje, če opazite, da se vogali dvigajo, bodo verjetno na koncu odlepili celotno podlago in pokvarili celoten tisk. Tudi če podstavek ostane na svojem mestu, bo zaradi deformacije ta vogal deformiran.

5. korak: Žica in spajkanje

Zdaj je čas, da vse postavite na svoje mesto:

1. Preverite zaključek kanalov in lukenj. Tiskalnik še posebej zamudi luknje ali jih prekriva. Uporabite šivalno iglo, če morate nekatere od njih znova odpreti. Seveda, če zaradi deformacije niste dobili ploskega tiska ali pa niste dobili podrobnosti, ki ste jih pričakovali, dvakrat preverite nastavitve tiskalnika ali celo svoj 3D model za dimenzije.
2. Postavite svoje komponente. Module, upore, kondenzatorje ali LED diode, ki imajo lastne zatiče, je mogoče enostavno namestiti. Njihovo lastno žico lahko rahlo upognete, da jo vstavite v kanale, da jih boste kasneje lažje privezali.
3. Dodajte žico in spajkajte. Uporabite vse zatiče ali skakalce, ki se prilegajo kanalu, in jih razrežite po dolžini, tako da jih morate le spajkati na določenih stičnih točkah. Ni nam treba spajkati vsega, čeprav to počnem, ko se stvari ne prižgejo. V mojem primeru sem moral ožičiti vse zatiče ESP8266, in tu je bilo ključno, da imamo dobre sposobnosti spajkanja (česar nimam). Preostanek plošče je bil precej preprost.

6. korak: Preizkusite svojo tablo

Če ste prepričani, da ste vse naredili v redu, ga priključite.

Za izdelavo prototipov uporabljam ESP8266 na serijski povezavi Teensy 4.

Med opravljanjem testov na goli plošči sem naložil program, ki je po wifiju naložil lokalni čas. Kot vidite, je vse delovalo v redu. Upam, da ste tudi s to tehniko dosegli dobre rezultate.