3D iespiesta ABS PCB: 6 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:52

Kad es pie sava Teensy pieslēdzu 4 ciparu-7 segmentu displeju, es nolēmu, ka man jāsāk pētīt, kā mājās viegli izgatavot PCB. Tradicionālā kodināšana ir diezgan garlaicīga un bīstama, tāpēc es to ātri atmetu. Laba ideja, ko esmu redzējis apkārt, ir 3D drukātas plātnes, kas jūsu kanāliem pievieno vadītspējīgu krāsu, taču tas šķiet diezgan nepastāvīgs attiecībā uz vadītspēju. Ir arī speciāli vadoši pavedieni, kurus varētu izmantot divējāda ekstrūzijas printerim, taču es meklēju kaut ko pamata un efektīvu manam standarta aprīkojumam.

Tāpēc esmu domājis tieši lodēt un uzlikt detaļas un savienotājus uz 3D izdrukām.

Pirms sākat, esiet brīdināts: mēs drukāsim ar ABS, jo tas var izturēt +200 ° C pirms deformācijas (lai mēs varētu tam rūpīgi uzklāt lodēšanu). Drukāšana, izmantojot ABS, nav tik vienkārša kā ar PLA, jums ir nepieciešams slēgts printeris un daudz iestatījumu kalibrēšanas, taču, tiklīdz to izdarīsit pareizi, rezultāts būs atšķirīgs.

Lai pievienotu kādu kontekstu, piemēros es izveidoju PCB priekš ESP8266 12E wifi plates, lai vēlāk to varētu viegli savienot ar jebko citu (galīgais mērķis ir 4d7seg displejs).

PCB ļaus man izmantot visas pieejamās tapas, savukārt lielākajai daļai moduļu ir ļoti maz rezerves tapu vai tiem ir pārāk daudz papildu funkciju, kuras es īsti nevēlos (piemēram, NodeMCU).

Piegādes

• PCB projektēšanas programmatūra (KiCad šeit, bez maksas). Startera līmenis.
• 3D modelēšanas programmatūra (Blender šeit, bez maksas). Lietotāja līmenis.
• 3D printeris (Creality 3D Ender 3 Pro šeit, aptuveni 200 €). Lietotāja līmenis.
• Lietojot ABS, ir ļoti ieteicams ievietot printerim korpusu. Pirms turpināt šo norādījumu, pārliecinieties, vai varat veiksmīgi izdrukāt ABS.
• ABS kvēldiegs (Smartfil ABS, aptuveni 20 €/Kg). 3-15 grami uz PCB.
• Šūšanas adatas (tikai dažas no mammas). Izmērs būs atkarīgs no jūsu detaļu tapas diametra. Parasti diametrs ir 0,5 mm vai 1 mm.
• Alvas lodētava un metinātājs (apmēram 15 € no vietējā veikala). Turklāt visi metināšanai piemēroti piederumi: metinātāja balsts, lampa, tāfele, pincetes, aizsargbrilles, maska … piederumi ir lietotāja ziņā, tikai pārliecinieties, ka, gatavojot, jūs jūtaties ērti un droši!
• Daudz pacietības, radošs prāts un labs pamats (pirms ķerties pie rokas, pamēģini googlēt un daudz mācīties).

1. darbība: prototips un shēma

Ja vien jūs neievērojat kāda cita shēmu, jums jāveido elektriskā ķēde, ievērojot ražotāja specifikācijas. Pārbaudiet ķēdes prototipu un, kad tas darbojas, ieskicējiet visus savienojumus un komponentus.

Kad esat izveidojis skici un jums ir skaidra izpratne par jūsu ķēdi, iegūstiet to detalizētu informāciju savā vēlamajā EDA programmatūrā. Tas palīdzēs optimizēt un pārbaudīt jūsu dizainu.

Uzzīmējiet savu shēmu un izmantojiet to kā ceļvedi PCB dizainam. EDA programmatūra, piemēram, Eagle vai KiCad, ļaus jums pievienot specifiskas sastāvdaļas ar reālistiskiem punktiem un izmēriem, lai jūs varētu precīzi izveidot savu elektrisko ķēdi.

Es izmantoju KiCad, kas ir bezmaksas un pietiekami viegli saprotams iesācējam. Viss, ko es zinu, ir pateicoties Braienam Benčofam @ https://hackaday.com/2016/11/17/creating-a-pcb-in… un dažām saistītām ziņām, tāpēc ievērojiet viņa norādījumus, lai galu galā iegūtu jauku PCB dizainu.

Šīs sadaļas attēli attiecas uz:

• Pārbaudiet ESP8266 prototipu un 4 ciparu 7 segmentu displeju (pievienots Teensy 4).
• ESP8266 12E wifi paneļa elektroinstalācijas atsauces shēma.
• KiCad shēma 4 ciparu 7 segmentu displejam, kas darbojas caur ESP8266, un sprieguma dalītāju (tas ir mans pēdējais mērķis).
• KiCad PCB dizaina izvade.

2. solis: 3D modelis

Kad PCB dizains ir sagatavots papīra formātā, 3D modelēšanas programmatūrā tam jāpiešķir vairāk reālisma. Tas arī sagatavos jūsu failu 3D printerim. Blenderī es to daru šādi:

1. Izveidojiet plaknes sietu un pievienojiet tam savu PCB dizaina attēlu. Pārliecinieties, ka tas ir mērogā un izmēri ir reāli, jo tas kalpos kā "izsekošanas papīrs".

2. Izveidojiet vienkāršotus komponentus, īpašu uzmanību pievēršot precīzai PINS atrašanās vietai un izmēram, kas savienojas ar jūsu PCB. Iegūstiet ražotāja specifikācijas tiešsaistē vai izmēriet tās pats, lai tās būtu pietiekami precīzas. Ņemiet vērā dažus standarta blāvumus, kurus varat izmantot kā atsauci:

   1. Dēļiem izmantojiet lidmašīnas. Vienpusējai PCB es izmantoju 1,5 mm biezumu, jo plānāks par šo, drukājot nesaņēmu detalizētu informāciju (tas ir atkarīgs arī no jūsu printera iestatījumiem un iespējām, bet par to mēs runāsim vēlāk). Divpusējai PCB es izmantoju 2,5 mm biezumu.
   2. Tapām izmantojiet vismaz 1 mm diametra cilindrus, lai printeris to uztvertu.

   3. Kanāliem izmantojiet vismaz 1,2 mm platus kubus. Jūs vienkārši izspiedīsiet sejas, lai iegūtu savus kanālus.

3. Atrodiet komponentus atbilstoši jūsu PCB dizainam. Ja jūsu sastāvdaļas ir pietiekami reālistiskas, varat to izmantot, lai pārbaudītu sadursmes, taču vienmēr ļaujiet papildu vietu ap katru elementu.
4. Izsekojiet savu elektrisko ķēdi. Ievietojiet kuba sietu pirmās tapas vietā. Pēc tam rediģēšanas režīmā izspiediet sejas taisnā līnijā, ievērojot dizainu. Atkal dariet to vienkāršu, izmantojot 90º līnijas un izmantojiet tik daudz kanālu, cik uzskatāt. Tāpat atstājiet vismaz 0,8 mm attālumu starp sienām, pretējā gadījumā drukājot tās var nokavēt. 1. attēlā parādīti daži modificēti maršruti pēc modelēšanas ar reāliem izmēriem, jo ideālais maršruts bija pārāk plāns, lai tas būtu iespējams.
5. Izveidojiet savu PCB, pievienojot plakanu kubu (blāvs, kā norādīts iepriekš).
6. Iegravējiet savus kanālus un caurumus uz tāfeles, PCB objektam pievienojot Būla modifikatorus. Tādējādi tiks sagriezta tā dēļa daļa, kas krustojas Būla pārveidotāja mērķa objektu.

3. un 4. attēlā redzams ESP8266 plāksnes gala rezultāts (3D modelis 2. attēlā).

Pēc tam jums vajadzētu redzēt jūsu PCB 3D izdruku.

Pēdējais solis ir pareizi eksportēt modeli.

1. Pārliecinieties, vai visas sejas ir vērstas uz āru ("Rediģēšanas režīms - atlasiet visu", pēc tam "Acs - parastās - pārrēķināt ārpusē").
2. Pārliecinieties, vai tās visas ir atsevišķas sejas ("Rediģēšanas režīms-atlasiet visu", pēc tam "Edge-Edge Split").-Ja izlaižat šīs divas darbības, iespējams, ka jūsu Slicer programmatūrā trūkst detaļu.-
3. Eksportēt kā. STL ("Tikai atlase", lai eksportētu tikai galīgo PCB un "Sižeta vienības", lai saglabātu lietu mērogu).

3. darbība. Slicer programmatūra

3D printeri parasti nodrošina programmatūru "Slicer", lai apstrādātu 3D modeļus (.stl vai citos formātos) un aprēķinātu nepieciešamo maršrutu to drukāšanai (parasti.gcode formātā). Man ir Creality Ender 3, un es neesmu pārcēlies no piedāvātā Creality Slicer, taču šos iestatījumus varat lietot jebkurai citai programmatūrai.

Es veltīju pilnu sadaļu šķēlēja iestatījumiem, jo tie ir ļoti svarīgi, drukājot ABS, kas ir diezgan sarežģīts deformācijas, saraušanās un plaisāšanas dēļ. PCB drukāšana ir arī standarta 3D printeru robežās nepieciešamās precizitātes dēļ.

Zemāk es kopīgoju iestatījumus, kurus izmantoju Creality Slicer, lai detalizēti drukātu ABS. Tie atšķiras no standarta iestatījumiem ar:

• Plānas sienas un slāņi (lai sniegtu pietiekami daudz detaļu - lai sasniegtu vēlamo rezultātu, var būt vajadzīgas vairākas atkārtošanās, ja vien neesat apmierināts ar maniem iestatījumiem).
• Izmantojiet plostu. Atslēga atrodas uz pamatnes, par kuru jums vajadzētu īpaši rūpēties. (Es pieļauju 10 mm nobīdi no modeļa, lai izvairītos no minimālas deformācijas, kas ietekmē drukāšanu). Turklāt starp plostu līnijām nav atdalījumu, lai panāktu labu cietu pamatni. Ja pareizi sakārtojat savu bāzi, tas viss ir izdarīts. Ja redzat, ka jūsu pamatnē ir saliekti stūri, jūs noteikti esat nolemts.
• Lēns ātrums. Es izmantoju apmēram 1/4 no standarta ātruma (tas nodrošina labu kvēldiega ieklāšanu un līdz ar to pielipšanu un vispārējo kvalitāti).
• ABS temperatūra (gulta: 110ºC, sprausla: 230ºC)
• Ventilators ir atspējots (ieteicams, lai ABS temperatūra būtu nemainīga).

4. solis: drukājiet

Visbeidzot, nosūtiet savu.gcode uz printeri un iegūstiet savu PCB. Daži padomi, kas jums jāievēro:

1. Ievietojiet savu 3D printeri. Korpuss saglabās jūsu temperatūru daudz stabilāku, kas ir stingra prasība ABS drukāšanai. Pārliecinieties, ka CPU un barošanas avots atrodas ārpus korpusa, kā arī kvēldiegs. Ja jums izdodas izdrukāt ABS bez korpusa, lūdzu, pastāstiet par savu triku, jo tas mani tracināja.
2. Uz brīdi uzsildiet printeri. PLA varat drukāt uzreiz, bet ar ABS es ieteiktu iepriekš uzsildīt ar ABS iestatījumiem (gulta: 110ºC, sprausla: 230ºC) 10-15 minūtes, lai radītu pareizo atmosfēru, pirms varat turpināt drukāšanu.
3. Drukājiet lēni, bet noteikti. Kā minēts iepriekš, konfigurācijas failā esmu samazinājis standarta drukas ātrumu līdz 1/4. Tas ir pietiekami lēns, lai iegūtu labu rezultātu, taču drukāšanas ātrumu varat pārvaldīt drukāšanas laikā, regulējot padevi, ja vēlaties to nedaudz optimizēt. Vienkārši ņemiet vērā, ka liels ātrums novedīs pie ļoti pēkšņām kustībām, kas nespēs efektīvi novietot kvēldiegu vai varētu sadurties ar sietu un atdalīt to.
4. Izveidojiet labu pamatu. ABS galvenais ir panākt labi nostiprinātu pamatni. Ja pamatne neizdodas un atvienojas, modelis ir pazudis (skat. Dažus postošus mēģinājumus zemāk). Izmantojot iepriekš minētos padomus (iežogojums, priekšsildīšana un lēns ātrums), jums vajadzētu iegūt labu pamatu un labu apdari. Bet atšķirībā no PLA, kuru es atstāju bez uzraudzības stundām, ABS ir jāpievērš lielāka uzmanība.
5. Esiet modrs, it īpaši sākumā. Atkārtojot iepriekš minēto, galvenais ir pamats. Pārliecinieties, ka pirmā ārējā kontūra ir labi uzlikta. Tas veicinās pārējo pirmā slāņa saķeri. Dažreiz kvēldiegs nelīp uzreiz vai tiek vilkts no savas atrašanās vietas. Jums vajadzētu to pamanīt pietiekami drīz, lai labotu pamatnes plāksnes izlīdzināšanu vai tīrīšanu. Vienmēr vērojiet deformāciju, ja redzat, ka stūri paceļas, tie, iespējams, galu galā noņems visu pamatni un sabojās visu izdruku. Pat ja pamatne paliek vietā, deformācija padarīs šo stūri deformētu.

5. solis: stieple un lodēšana

Tagad ir pienācis laiks visu salikt savās vietās:

1. Pārbaudiet kanālu un caurumu apdari. Printeram ir jāizlaiž vai jāpārklāj īpaši caurumi. Izmantojiet šūšanas adatu, ja dažas no tām ir jāatver atkārtoti. Protams, ja deformācijas dēļ nesaņēmāt plakanu izdruku vai nesaņēmāt gaidīto informāciju, vēlreiz pārbaudiet printera iestatījumus vai pat 3D modeļa izmērus.
2. Novietojiet komponentus. Moduļus, rezistorus, kondensatorus vai gaismas diodes, kurām ir savas tapas, var viegli novietot. Jūs varat nedaudz saliekt savu vadu, lai tas nonāktu kanālos, lai vēlāk būtu vieglāk tos sasiet.
3. Pievienojiet vadu un lodēt. Izmantojiet visas tapas vai džemperus, kas iekļaujas kanālā, un nogrieziet tos garumā, tāpēc jums ir nepieciešams lodēt noteiktos savienojuma punktos. Mums nevajadzētu visu pielodēt, lai gan es mēdzu to darīt, kad viss neiedegas. Manā gadījumā man bija jāpievieno visas ESP8266 tapas, un tas bija galvenais, lai labas lodēšanas prasmes (kuras man nav). Pārējo dēli bija diezgan vienkārši izdarīt.

6. darbība: pārbaudiet savu dēli

Ja esat pārliecināts, ka visu esat izdarījis pareizi, pievienojiet to.

Prototipēšanai es izmantoju ESP8266 ar Teensy 4 sērijas savienojumu.

Veicot testus uz tukšā dēļa, es ielādēju programmu, kas ielādēja vietējo laiku, izmantojot wifi. Kā redzat, viss strādāja labi. Ceru, ka arī ar šo tehniku jums bija labs rezultāts.