Fabrication de PCB recto verso avec une imprimante 3D : 7 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Je vais essayer d'expliquer la fabrication d'un PCB double face de type routeur d'isolation à l'aide d'une imprimante 3D modifiée.

Cette page m'a inspiré à utiliser mon imprimante 3D pour la fabrication de PCB. En fait, la méthode décrite sur cette page fonctionne assez bien. Si vous suivez les étapes, vous optez probablement pour un PCB unilatéral bien conçu. Mes contributions sont en quelque sorte l'amélioration de la tête d'impression (la rendant plus simple et efficace à l'aide d'un moteur électrique jouet) et le développement d'une méthode pour les PCB recto-verso.

J'ai utilisé cette méthode pour rendre instructable la carte PCB du distributeur automatique d'aliments pour chats.

-assiette en cuivre

-3d imprimante (modifiée) et un logiciel (Repetier)

-Stylo marqueur permanent

-Acétone

-Épingles à tête plate

-Logiciel Flatcam

-Percer

-Tête d'imprimante (petit moteur électrique. J'ai utilisé un petit moteur d'un hélicoptère rc de petite taille) et un boîtier sur mesure)

-Solution de gravure. chlorure de ferride.

-Récipient

Étape 1: ajouter les positions des broches et des trous de broche à la conception

Puisque nous fabriquons un PCB à deux faces, les dessins sur les surfaces doivent être parfaitement alignés. Même un décalage d'un quart de mm peut détruire le PCB.

J'ai utilisé des punaises à tête plate pour fixer la plaque de cuivre et aligner les dessins.

Nous avons besoin de huit broches sur le lit d'impression et de quatre trous sur la plaque de cuivre. Les trous d'épingle sur la planche doivent correspondre aux aiguilles des épingles. Quatre broches sont utilisées pour le côté A et quatre autres pour le côté B. La position des broches et des trous sur la carte doit être calculée de manière à ce que lorsque vous retournez la plaque de l'autre côté, elle doit correspondre au design de ce côté.

La question est donc de savoir comment calculer la position des punaises ?

Il existe un excellent logiciel appelé FlatCam. En utilisant ce logiciel, vous pouvez créer les fichiers nécessaires à l'imprimante 3D pour imprimer la conception de circuits imprimés et également obtenir les positions des trous d'épingle et des emplacements de broches.

Ce logiciel est conçu pour les machines CNC. Cependant, étant donné que les principes de fonctionnement des machines CNC et des imprimantes 3D sont presque identiques, vous n'avez besoin que d'une petite astuce pour dessiner les positions des broches.

La procédure de base de fabrication de PCB recto-verso est décrite ici. Si vous suivez ces étapes, vous pouvez choisir les positions de l'aiguille (appelées trous d'alignement dans le logiciel flatcam) mais pas les positions de la tête de l'épingle. Heureusement, flatcam dispose d'outils de dessin de géométrie manuels, vous pouvez donc ajouter huit cercles autour des trous d'épingle qui représentent les positions des têtes d'épingle. (photos des punaises placées sur la plaque chauffante de l'imprimante 3D illustrées à l'étape suivante)

J'ai trouvé manuellement le centre des trous d'alignement et j'ai tracé un cercle de 1 cm autour d'eux.

L'image finale de la conception a été montrée dans l'image. Les cercles rouges représentent les têtes d'épingle.

Étape 2: Exportation du fichier compatible avec l'imprimante 3D

flatcam peut exporter des fichiers gcode compatibles CNC. Ce type de fichier est presque compatible avec les imprimantes 3D. Différentes imprimantes peuvent nécessiter un format différent et des lignes de commande supplémentaires. Par exemple, mon imprimante dispose d'une fonction de mise à niveau automatique qui doit être déclenchée avec une ligne de commande supplémentaire. Une autre modification que j'ai apportée a été d'ajouter de l'espace supplémentaire à la balise de coordonnées Y. Je l'ai fait avec l'outil de recherche et de remplacement du bloc-notes.

Vous pouvez vérifier le dessin final à l'aide d'un logiciel de contrôle d'imprimante 3D tel que repetier.

Les ajustements de niveau z, la taille de l'outil et de nombreux autres paramètres nécessitent une erreur de fin d'essai. J'ai laissé au lecteur le soin de trouver par lui-même la meilleure combinaison de valeurs.

Si le format de fichier et le dessin sont corrects, vous pouvez envoyer ce fichier directement à l'imprimante.

Étape 3: dessin des positions des punaises et placement des punaises sur le plateau de l'imprimante

Dans cette étape, vous avez besoin de deux fichiers gcode flatcam séparés. Un pour les positions des punaises et l'autre pour les trous d'aiguille sur la plaque de cuivre.

D'abord les positions des broches. Un papier épais ou un dessin animé est placé sur le lit de l'imprimante et fixé à l'aide d'un scotch double face. En utilisant la sortie du logiciel flatcam, les positions des punaises sont dessinées sur le papier. Vous pouvez utiliser un ensemble d'outils de stylo ou le même ensemble d'outils que vous utiliserez pour gratter la plaque de cuivre. Vous pouvez également inclure la position de la plaque dans le dessin.

Ensuite, la plaque de cuivre est placée sur le carton, l'imprimante est exécutée pour les trous d'épingle et au moins quatre marques de trous deviennent visibles sur la plaque. Vous devez ajuster la distance z en conséquence pour cette étape. Vous pouvez percer la plaque. Vous devez percer au moins quatre petits trous pour garder la papeterie de la plaque sur le lit de l'imprimante lors de l'impression. Ces trous sont également nécessaires pour aligner la plaque pour l'impression recto-verso.

Ruban scotch double face appliqué sur les têtes plates des punaises. Ensuite, ils sont placés soigneusement dans leurs positions exactes.

Lorsque vous avez terminé cette étape, vous devez pouvoir placer la plaque de cuivre sur le lit de l'imprimante, comme indiqué sur l'image. Les trous sur la plaque doivent être exactement alignés avec les aiguilles des punaises et cela doit être vrai lorsque vous retournez la plaque.

Étape 4: Nettoyer et poncer

Nettoyez la plaque de cuivre avec un savon et poncez avec un papier de verre. Le ponçage est important car sinon l'encre permanente peut être retirée pendant le processus de gravure. Vous avez besoin d'une certaine rugosité sur la surface de la plaque de cuivre

Étape 5: Peignez la plaque de cuivre

Vous avez besoin d'un stylo permanent pour cette étape. La plupart d'entre eux feront le travail. Néanmoins, vous aurez peut-être besoin d'une expérience. J'ai appliqué deux couches de peinture pour une protection supplémentaire. La surface de la plaque doit être recouverte uniformément. L'encre permanente peut être facilement rayée, surtout lorsqu'elle est sèche. Vous devez donc faire attention afin de ne rayer aucune des surfaces. J'ai utilisé une serviette en papier pour protéger au moins un côté de la plaque.

Étape 6: placez la plaque peinte sur le plateau de l'imprimante et imprimez

La plaque en cuivre doit être placée sur le plateau de l'imprimante comme illustré. Du scotch double face est requis pour maintenir l'assiette en cuivre en place.

La mise à niveau de l'imprimante est très importante à ce stade. Étant donné que la tête de grattage n'a pas de mécanisme à ressort, toute incohérence de la hauteur de la table peut entraîner soit une déchirure inadéquate de la peinture, soit une résistance excessive qui peut provoquer une oscillation de la tête. J'ai passé beaucoup de temps à trouver la marge z exacte pour l'impression réelle.

La définition de l'impression 3D provient du logiciel flatcam. (étape 2) Vous avez besoin d'au moins 3 fichiers. Un pour le haut, l'autre pour le bas et enfin les positions de perçage. (vous ne pouvez pas utiliser le fichier de définition de position de forage et essayer de forer par cœur.)

La procédure d'impression est répétée deux fois.

Vous devez vérifier l'alignement des dessins avant la gravure. (J'ai fini par avoir plusieurs tracés mal alignés lors de mes premières tentatives. Beaucoup de choses peuvent mal se passer et vous ne le remarquerez peut-être pas avant la gravure finale qui est irréversible.)

Remarque: la tête d'impression est constituée d'un petit moteur électrique encapsulé dans un boîtier imprimé en 3D. Cela a généré les lignes les plus propres sur la plaque. (J'ai essayé de nombreux autres matériaux, formes et mécanismes différents, y compris une tige en métal solide avec un ressort.)

Étape 7: gravure à l'aide de chlorure ferrique

Le temps de gravure réel peut changer en fonction de la densité et de la température de la solution. le mien a pris environ 25 minutes.

La plaque de cuivre doit être au moins 5 mm au-dessus du fond du récipient de gravure. J'ai utilisé des pièces éloignées en plastique (vous ne pouvez pas utiliser de métal à l'intérieur de la solution) vissées à la plaque. Si vous ne le faites pas, l'une ou l'autre des surfaces de la plaque touche le fond du récipient et des rayures indésirables se forment ou le liquide de gravure peut ne pas atteindre uniformément la surface inférieure.

L'excès de peinture peut être enlevé à l'aide d'acétone.

A la fin de la procédure décrite, j'ai obtenu un PCB recto-verso de bonne qualité à utiliser dans mes projets électroniques

J'ai essayé de neutraliser la solution de chlorure ferrique en ajoutant de l'eau riche en soupe avant de la rejeter dans le système d'évacuation. (Ma théorie est comme si le savon était basique et que le chlorure ferrique était acide, donc les mélanger crée du sel et neutralise la solution. Je me demande si c'est une bonne idée et si ça aide vraiment à protéger l'environnement). En fait, vous pouvez conserver la solution dans un flacon sûr et utiliser la même solution plusieurs fois.