Tableaux Satshakit : 6 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-31 10:19

Hé les fabricants et les fabbers là-bas !

Avez-vous déjà rêvé de fabriquer votre propre carte de microcontrôleur avancée à la maison et d'utiliser des composants smd ?

C'est la bonne instructable pour vous et pour le cerveau de votre prochain projet:)

Et quand je veux dire à la maison, je veux dire que vous pourriez acheter tout l'équipement pour fabriquer tous ces PCB pour quelques centaines de dollars (voir les prochaines étapes) et le mettre dans un seul espace de bureau !

Tout est parti de mon parcours à la Fab Academy que j'ai fait en 2015. Avec l'objectif de fabriquer un drone fabuleux, j'ai décidé de sortir le prototype du contrôleur de vol, en tant que première planche satshakit. Juste après une semaine, le tableau a été répliqué par Jason Wang du Fab Lab Taipei. Cela m'a donné un sentiment incroyable de voir quelqu'un répliquer et utiliser avec succès mon projet, que je n'ai jamais cessé depuis de créer d'autres produits électroniques open source.

Les cartes ont ensuite été répliquées et modifiées quelques centaines de fois par la communauté mondiale du Fab Lab, comme une expérience d'apprentissage sur la façon de fabriquer des PCB et de donner vie à de nombreux projets de Fab Lab. De nos jours, plusieurs autres tableaux de satshakits ont été publiés sur github:

• https://github.com/satshakit
• https://github.com/satstep/satstep6600
• https://github.com/satsha-utilities/satsha-ttl

Si vous vous demandez ce qu'est la Fab Academy, pensez à une expérience d'apprentissage sur "comment faire (presque) n'importe quoi" qui changera votre vie, comme je l'ai fait pour moi:) !

Plus d'infos ici:

Un grand merci aux fabuleux Fab Labs qui m'ont soutenu dans la création des planches satshakit: Fab Lab Kamp-Lintfort

Hochschule Rhein-Waal Friedrich-Heinrich-Allee 25, 47475 Kamp-Lintfort, Allemagne

Fab Lab OpenDot

Via Tertulliano N70, 20137, Milan, Italie +39.02.36519890

Étape 1: Décidez quel Satshakit créer ou modifier

Avant de créer l'une des planches de satshakit, vous devez réfléchir à ce que vous aimeriez en faire.

Vous pouvez dire pour le plaisir et pour apprendre:D !

Et c'est vrai, ainsi que leur utilisation spécifique.

Dans les images quelques projets qui ont utilisé les planches satshakit.

En cliquant sur le nom du forum dans la liste ci-dessous, vous accéderez aux référentiels github avec toutes les informations dont vous avez besoin pour les produire et/ou les modifier:

• Schémas et cartes Eagle pour le faire avec la CNC/Laser
• En option les fichiers Eagle pour les produire en Chine, j'utilise PcbWay
• Nomenclature (BOM)
• Images-p.webp" />
• Images et vidéos de la planche en fonctionnement

Les fichiers du tableau sont également compressés en pièce jointe dans cette étape.

Voici un aperçu des fonctionnalités et caractéristiques de chacune des cartes:

• satshakit

  • carte à usage général basée sur atmega328p
  • totalement comme un Arduino UNO nu sans USB et le régulateur de tension
  • programmable à l'aide d'un convertisseur USB-série
  • exemples de projets l'utilisant: AAVOID Drone, FabKickBoard, RotocastIt

• satshakit micro

  • mini-carte à usage général basée sur atmega328p
  • conçu pour être utilisé dans une application à espace restreint
  • exemples de projets l'utilisant: MyOrthotics 2.0, Hologram, FABSthetics

• satshakit multicœur

  • carte à usage général basée sur atmega328p
  • version double couche du satshakit, avec 2 x atmega328p un pour chaque côté
  • conception multi-cartes empilable, avec le 328p connecté via I2C
  • utile pour les systèmes multi-mcu (par exemple, chaque carte gère un ensemble différent de capteurs)
  • programmable à l'aide d'un convertisseur USB-série
  • exemples de projets l'utilisant: trilatération Bluetooth, système IoT satshakit

• satshakit 128

  • carte à usage général basée sur atmega1284p
  • deux séries matérielles, 16K ram, 128K flash, plus d'E/S que l'atmega328p
  • carte compacte avec plus de ressources matérielles que le satshakit
  • programmable à l'aide d'un convertisseur USB-série
  • exemples de projets l'utilisant: LedMePlay, FabScope, WorldClock

• contrôleur de vol satshakit

  • carte basée sur atmega328p
  • contrôleur de vol pour drones DIY compatible Multiwii
  • prend en charge jusqu'à 8 moteurs, récepteurs 6 canaux et IMU autonome
  • carte de distribution d'alimentation intégrée en option
  • exemples de projets l'utilisant: satshacopter-250X

• mini contrôleur de vol satshakit

  • version plus petite du contrôleur de vol satshakit, également basée sur atmega328p
  • adapté aux mini drones DIY (comme ceux de 150 mm), compatible avec Multiwii
  • prend en charge jusqu'à 4 moteurs et récepteur 4 canaux
  • tableau de distribution électrique intégré
  • exemples de projets l'utilisant: satshacopter-150X

• satshakit nero

  • carte contrôleur de vol à double microcontrôleur, utilisant atmega328p et atmega1284p
  • adapté à une application de drone avancée
  • l'atmega1284p peut injecter des commandes de vol en utilisant le protocole série Multiwii, pour un vol automatique
  • exemple de projet l'utilisant: On Site Robotics Noumena

• satshakit GRBL

  • Carte basée sur atmega328p, personnalisée pour fonctionner comme contrôleur de machine avec GRBL
  • convertisseur USB-série intégré en option et connecteur USB
  • butées filtrées contre le bruit
  • Brochage arrangé GRBL
  • exemples de projets l'utilisant: LaserDuo, Bellissimo Drawing Machine
• satshakit-méga
  • Carte à usage général basée sur atmega2560p, un peu comme un fabuleux Arduino Mega
  • convertisseur USB-série intégré et connecteur USB
  • RAM 8K, flash 256K, 4 séries matérielles
  • exemples de projets l'utilisant: LaserDuo

• satshakit-m7

  • Carte à usage général basée sur STM32F765
  • contrôleur USB sur puce intégré, connecteur USB
  • 216Mhz, 512K RAM, 2Mo flash
  • des tonnes de fonctionnalités, peut également exécuter FREE-RTOS
  • projet l'utilisant: mes prochaines plateformes drone et robotique (pas encore publié)

• satstep6600

  • pilote pas à pas adapté aux moteurs Nema23/Nema24
  • Courant de crête de 4,5 A, tension d'entrée de 8 à 40 V
  • protections intégrées contre les coupures thermiques, les surintensités et les sous-tensions
  • entrées opto-isolées
  • projets l'utilisant: LaserDuo, recycleur de filaments Rex

• satsha-ttl

  • Convertisseur USB vers série basé sur la puce CH340
  • régulateur de tension intégré
  • tension sélectionnable par cavalier de 3,3 V et 5 V
  • projets l'utilisant: satshakit-grbl, suivi de robot FollowMe

Toutes les cartes sont publiées sous le CC BY-NC-SA 4.0.

Vous êtes les bienvenus pour modifier les conceptions originales pour les adapter à vos projets;) !

Étape 2: Équipement et préparations

Parlons tout d'abord des procédés utilisés pour produire ces circuits imprimés:

1. Fraisage CNC
2. Gravure laser fibre/Yag (essentiellement celles avec 1064 nm)

Comme vous pouvez le remarquer, il n'y a pas de gravure entre ceux-ci. Et la raison en est que moi (ainsi que la communauté du Fab Lab), j'aime peu utiliser les acides à la fois pour des raisons de pollution et de danger.

De plus, toutes les planches peuvent être fabriquées en utilisant simplement une machine de bureau/petite CNC et/ou une gravure au laser sans limitations spécifiques avec l'une ou l'autre technique.

D'ailleurs une machine Laser Fibre/Yag peut coûter plusieurs milliers de dollars facilement, donc je suppose que pour beaucoup d'entre vous une petite machine CNC serait mieux !

Si quelqu'un est curieux du processus de gravure au laser, je vous recommande de jeter un œil au tutoriel suivant:

fabacademy.org/archives/2015/doc/fiber-lase…

Voici une liste de machines CNC petit format recommandées que vous pouvez utiliser:

• FabPCBMaker, open source fabbed cnc d'un de mes étudiants Ahmed Abdellatif, moins de 100$ a besoin de quelques améliorations mineures, sera mis à jour bientôt
• 3810, petite cnc minimaliste, jamais essayé mais on dirait que ça pourrait le faire
• Eleks Mill, mini cnc super bon marché, personnellement fraisés au pas de 0,5 mm (LQFP100) avec quelques réglages fins
• Roland MDX-20, solution petite mais super fiable de Roland
• Roland SRM-20, nouvelle version de remplacement du MDX-20
• Othermill, maintenant BantamTools, CNC petit format fiable et précis
• Roland MDX-40, une plus grande CNC de bureau, peut également être utilisé pour de plus grandes choses

Je recommande d'utiliser les fraises suivantes pour graver les traces:

• 0.4mm 1/64 pour la plupart des PCB, exemple
• 0,2 mm chanfreiné pour les travaux de difficulté moyenne, par exemple (assurez-vous que le lit est plat !)
• 0,1 mm chanfreiné pour des travaux super précis, exemple1, exemple2 (assurez-vous que le lit est plat !)

Et les bits suivants pour découper le PCB:

Outil de contour de 1 mm, exemple1, exemple2

Méfiez-vous des chinois, ils dureront très peu de coupes !

La feuille de cuivre recommandée à utiliser est soit FR1 ou FR2 (35µm).

La fibre de verre de la FR4 userait facilement les fraises en bout et sa poussière peut également être très dangereuse pour votre santé.

Voici les outils que vous devriez avoir dans votre banc de soudure:

• station de soudure, (quelques recommandations: ATTEN8586, ERSA I-CON Pico)
• tresse à dessouder
• quelques pincettes de précision
• coup de main
• lampe de table avec loupe
• application loupe
• fil à souder, 0,5 mm serait bien
• composants électroniques, (Digi-Key, Aliexpress et ainsi de suite…)
• un extracteur de fumée de soudure
• un multimètre

Étape 3: Préparez vos fichiers pour le fraisage

Pour générer le GCode, ou pour avoir le code machine du format spécifique dont vous avez besoin, vous devez utiliser un logiciel de Fabrication Assistée par Ordinateur (FAO).

N'hésitez pas à utiliser n'importe quel CAM que vous aimez, surtout s'il est livré avec votre machine et que vous vous sentez à l'aise avec.

Dans ce tutoriel, je vais vous montrer comment utiliser les Fab Modules, une FAO open source basée sur le Web du prof Neil Gershenfeld et ses collaborateurs.

Les Fab Modules sont disponibles en installation autonome sur votre PC, ou en ligne:

• Référentiel des modules Fab et instructions d'installation:
• Version en ligne des Fab Modules:

Pour plus de simplicité, je vais vous montrer comment utiliser la version en ligne.

Tout d'abord, les Fab Modules prennent en entrée une image-p.webp

Si vous souhaitez créer une carte satshakit existante sans modifications, il vous suffit de télécharger les-p.webp

Vous pouvez trouver les-p.webp

• satshakit

  • traces
  • découper

• satshakit micro

  • traces
  • découper

• satshakit multicœur

  svg

• satshakit 128

  • traces
  • découper

• contrôleur de vol satshakit

  • traces
  • découper

• mini contrôleur de vol satshakit

  • traces
  • découper

• satshakit nero

  • traces
  • découper

• satshakit GRBL

  • traces
  • découper
• satshakit méga
  • traces
  • découper

• satshakit M7

  • traces
  • découper

• satstep6600

  • traces supérieures
  • découpe supérieure
  • traces de fond
  • découpe du bas

• satsha ttl

  • traces
  • découper

Si vous souhaitez modifier un design satshakit existant, vous devez effectuer deux autres étapes:

1. utilisez Autodesk Eagle pour modifier la carte en fonction de vos besoins
2. utiliser un éditeur d'images raster pour préparer les images PNG, dans ce cas je vais le montrer en utilisant Gimp

Une fois que vous avez effectué les modifications dont vous avez besoin, procédez comme suit pour exporter une image-p.webp

1. Ouvrir la disposition du tableau
2. Appuyez sur le bouton de calque
3. Sélectionnez uniquement le dessus et les pads (également les VIA si le PCB est à double couche comme le satstep6600)

4. Assurez-vous que les noms de signaux ne seront pas affichés dans l'image en allant dans Set->Divers et décochez

   1. noms de signaux sur le pad
   2. noms de signaux sur les traces
   3. afficher les noms des pads
5. Zoomez sur la conception du tableau pour l'adapter à l'écran visible
6. Sélectionnez Fichier->Exporter->Image

7. Définissez les éléments suivants dans la fenêtre contextuelle Exporter l'image:

   1. chèque monochrome
   2. sélectionnez Zone-> fenêtre
   3. tapez une résolution d'au moins 1500 DPI
   4. Sélectionnez l'emplacement d'enregistrement du fichier (Parcourir)
8. appuyez sur le bouton ok

Après cela, vous devriez avoir un-p.webp

Il est maintenant temps d'ouvrir l'image avec Gimp et d'exécuter les étapes suivantes (voir photos ci-jointes):

1. dans le cas où l'image a de grandes marges noires, recadrez-la en utilisant Outils-> Outils de sélection-> outil de sélection de rectangle puis sélectionnez Image-> recadrer pour sélectionner (gardez toujours une marge noire autour, comme 3-4 mm)
2. exporter l'image actuelle en tant que traces.png
3. utilisez à nouveau l'outil Outils->Outils de sélection->outil de sélection de rectangle et sélectionnez toutes les traces (laissez toujours une marge noire autour, comme 1 mm)
4. éventuellement créer un congé dans la sélection du rectangle en cliquant sur Select->Rounded Rectangle->et mettre une valeur de 15
5. maintenant, faites un clic droit dans la zone sélectionnée et Édition-> Remplissez avec BG Color (assurez-vous qu'il est blanc, généralement par défaut)
6. exporter cette image en tant que cutout.png
7. ouvrez maintenant le fichier traces-p.webp" />
8. à l'aide des outils->outils de peinture->remplissage du seau, remplissez toutes les zones noires qui ne sont pas des trous avec du blanc
9. exporter cette image en tant que trous.png

Une fois que vous avez les fichiers PNG, vous êtes prêt à générer le GCode pour le fraisage.

Vous devez générer le GCode pour chaque-p.webp

Pour le fichier traces.png, voici les étapes avec les modules Fab:

1. allez sur
2. ouvrez le fichier traces.png

3. sélectionnez votre appareil:

   1. les gcodes fonctionneront pour les machines basées sur GRBL (généralement aussi les petites cnc chinoises sont basées dessus)
   2. Roland RML pour Roland
4. sélectionner le processus 1/64
5. Dans le cas où vous avez sélectionné le Roland RML, sélectionnez votre machine (SRM-20 ou autre etc..)

6. modifiez les paramètres suivants:

   1. vitesse, je recommande 3mm/s avec les outils chanfreinés 0.4mm et 0.2mm, 2mm/s pour le 0.1mm
   2. X0, Y0 et Z0, mettez-les tous à 0
   3. la profondeur de coupe peut être de 0,1 mm avec les outils cylindriques de 0,4 mm, 0 mm avec les outils chanfreinés
   4. le diamètre des outils doit être celui que vous avez (si certaines traces sont impossibles à faire, trompez-le en mettant un peu moins de diamètre que celui que vous avez, jusqu'à ce que les traces s'affichent après avoir appuyé sur calculer)
7. appuyez sur le bouton calculer
8. attendre que le chemin soit généré
9. appuyez sur le bouton Enregistrer pour enregistrer le Gcode

Pour les trous-p.webp

1. chargez le hole-p.webp" />
2. sélectionner le processus 1/32

3. modifiez les paramètres suivants:

   1. réduire la vitesse, je recommande 1-2mm/s
   2. vérifier et mettre (un peu plus que) l'épaisseur de votre feuille de cuivre PCB
   3. vérifier et saisir le diamètre de l'outil pour la découpe (généralement 0,8 ou 1 mm)

Conservez les fichiers que vous avez enregistrés avec vous car nous allons en avoir besoin pour fabriquer le PCB avec la fraiseuse CNC.

Étape 4: Fraisage de PCB

Une règle simple pour réussir le fraisage cnc de vos PCB est de bien préparer le banc de la machine avec la feuille de cuivre.

Dans cette tâche, vous devez essayer d'être très calme et aussi précis que possible. Plus vous investissez dans ces deux choses, meilleurs seront vos résultats.

L'objectif est de rendre la surface du cuivre aussi parallèle (plate) que possible avec le banc de la machine.

La planéité de la feuille de cuivre sera particulièrement critique si vous fraisez des circuits imprimés de haute précision, nécessitant des outils chanfreinés comme ceux avec une extrémité de 0,2 mm ou 0,1 mm.

Considérez qu'après avoir gravé les traces du PCB, vous devez toujours découper le PCB, et pour cela, il faut avoir ce que nous appelons une couche sacrificielle.

La couche sacrificielle sera légèrement pénétrée par la fraise à découper, pour s'assurer que la coupe passe complètement à travers la feuille de cuivre.

Il est recommandé d'utiliser un ruban adhésif double face fin pour coller la feuille de cuivre sur la couche sacrificielle, et pour éviter les plis que le ruban pourrait avoir.

Voici quelques étapes de base pour faire un lit assez plat (voir photos ci-jointes):

1. trouver un morceau de matériau plat pour la couche sacrificielle, qui est déjà produit assez plat (par exemple un morceau de MDF ou d'acrylique extrudé); assurez-vous que l'outil de découpe peut le pénétrer et ne se cassera pas car il est trop dur
2. couper la couche sacrificielle par la taille du lit de votre cnc
3. fixez des bandes de ruban adhésif double face sur la couche sacrificielle, assurez-vous de la tendre juste avant de la fixer, pour vous assurer qu'aucun pli ou bulle d'air n'apparaîtra; le ruban adhésif double face doit couvrir la majeure partie de la surface de manière répartie égale
4. attachez la feuille de cuivre au ruban adhésif double face; essayer de pousser d'une manière égale toute sa surface
5. fixez la couche sacrificielle au lit de votre machine cnc, de préférence avec quelque chose qui est facile à enlever par la suite mais solide, comme des pinces, des vis

Après avoir installé le lit, il est temps de préparer la machine cnc pour le fraisage. Aussi cette opération demande de l'attention et de la précision. Selon le type de CNC que vous avez, ces étapes peuvent être légèrement différentes mais pas vraiment beaucoup.

Pour préparer la machine cnc pour le fraisage, suivez les étapes ci-dessous:

1. installer l'outil approprié dans la pince (ou le porte-outil)
2. assurez-vous de remonter un peu l'axe Z du banc avant de déplacer les axes X et Y, pour éviter de planter la fraise en bout
3. déplacez les axes X et Y vers le point d'origine relatif, au cas où vous auriez utilisé les modules Fab, c'est en bas à gauche du PNG
4. avant de remettre à zéro les X et Y dans le logiciel de contrôle de la machine, vérifiez s'il y a suffisamment d'espace pour fraiser la planche
5. définir comme point zéro X et Y la position actuelle de la machine
6. descendre lentement avec l'axe Z, en plaçant les fraises en bout près de la surface du cuivre

7. il existe différentes techniques que vous pouvez utiliser pour prendre le point zéro de l'axe Z, l'objectif de cette étape est de s'assurer que les outils touchent légèrement la surface du cuivre:

   1. une technique fonctionne en démarrant la broche et en descendant en utilisant le pas minimum de la machine; lorsque vous entendez un son différent causé par la fraise en bout pénétrant légèrement la surface, c'est votre point zéro Z
   2. vous pouvez essayer de vérifier la connectivité électrique de l'outil à la surface en cuivre avec un multimètre; attacher les sondes du multimètre à la fraise en bout et à la tôle de cuivre, puis essayer de descendre avec l'axe Z au pas minimum; lorsque le multimètre émet un bip, c'est votre point zéro Z
   3. approchez-vous de la surface avec l'outil en laissant quelques mm entre les deux (comme 2-3 mm), puis ouvrez la pince et laissez la fraise en bout descendre pour toucher la surface du cuivre; puis fermez les fraises en bout dans la pince et définissez-la comme point zéro Z
   4. utiliser un capteur fourni par la machine, dans ce cas lorsque la fraise en bout touchera le capteur, la machine prendra automatiquement le point d'origine Z

Et enfin maintenant vous êtes prêt à lancer votre travail de gravure de PCB:)

Il est recommandé de rester à proximité de la machine pour observer attentivement si vous avez commis une erreur dans les étapes ci-dessus, et peut-être d'arrêter et de relancer le travail avec les correctifs et/ou ajustements requis.

Quelques conseils rapides sur les problèmes:

• si votre PCB a été gravé à certains endroits et pas à d'autres, alors votre feuille de cuivre n'est pas plate

  si vos outils ont une extrémité cylindrique, vous pouvez simplement prendre un axe Z légèrement plus profond et relancer le travail dans la même position; il en va de même avec les outils chanfreinés et si la différence de profondeur de gravure est faible

• si vos traces ont des arêtes vives, il serait préférable de diminuer la vitesse d'avance de coupe
• si vous avez cassé une fraise en bout (tout à fait neuve), diminuez la vitesse d'une quantité constante
• si vos traces sont détruites ou trop fines, vous êtes peut-être trop profondes, vérifiez également l'épaisseur de trace dans Eagle, ou vérifiez vos réglages CAM, surtout si le diamètre des fraises en bout est correct

Quand il est temps de faire la découpe, n'oubliez pas de changer l'outil de fraise en bout et d'ouvrir la découpe ou le fichier des trous. Après cela n'oubliez pas de reprendre UNIQUEMENT le point zéro de l'axe Z, cette fois vous n'avez pas besoin d'être aussi précis en touchant la surface de la feuille de cuivre.

Quand est-il temps de retirer votre PCB de la couche sacrificielle, essayez de le retirer lentement avec un tournevis fin. Répétez l'opération très soigneusement pour éviter de fissurer la planche.

A la fin de cette étape, vous devriez avoir entre les mains un superbe PCB gravé:) !!