3D -painettu ABS -piirilevy: 6 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Kun pääsin kytkemään 4-numeroisen-7-segmenttisen näytön Teensyyn, päätin, että minun on aloitettava PCB-valmistusten tutkiminen kotona tavallaan helpolla tavalla. Perinteinen etsaus on melko työlästä ja vaarallista, joten hylkäsin sen nopeasti. Hyvä idea, jonka olen nähnyt ympäriinsä, ovat 3D -painetut levyt, jotka lisäävät johtavaa maalia kanavillesi, mutta tämä vaikuttaa melko epäsäännölliseltä johtavuuden kannalta. On myös erityisiä johtavia filamentteja, joita voisit käyttää kaksoispuristetussa tulostimessa, mutta etsin jotain perus- ja tehokasta vakiovarusteisiini.

Joten olen ajatellut juottaa ja asentaa komponentteja ja liittimiä suoraan 3D -tulosteisiin.

Ennen kuin aloitamme, varoitamme: tulostamme ABS: llä, koska se kestää +200ºC ennen muodonmuutosta (joten voimme levittää sen päälle varovasti juotosta). Tulostus ABS: llä ei ole niin yksinkertaista kuin PLA: lla, tarvitset mukana toimitetun tulostimen ja paljon asetusten kalibrointia, mutta kun saat tämän oikein, tulos vaikuttaa.

Kontekstin lisäämiseksi esimerkeissä luon piirilevyn ESP8266 12E wifi -levylle, jotta voin helposti kytkeä sen mihin tahansa muuhun myöhemmin (lopullinen tavoite on 4d7seg -näyttö).

Piirilevy antaa minun käyttää kaikkia saatavilla olevia nastoja, kun taas useimmissa moduuleissa on hyvin vähän vara -nastoja tai niissä on liikaa lisäominaisuuksia, joita en todellakaan halua (kuten NodeMCU).

Tarvikkeet

• PCB -suunnitteluohjelmisto (KiCad täällä, ilmainen). Aloitustaso.
• 3D -mallinnusohjelmisto (Blender täällä, ilmainen). Käyttäjätaso.
• 3D -tulostin (Creality 3D Ender 3 Pro täällä, noin 200 €). Käyttäjätaso.
• Tulostimesi kotelo on erittäin suositeltavaa, kun käytät ABS: ää - Varmista, että voit tulostaa ABS: n ennen kuin jatkat tätä ohjetta.
• ABS -filamentti (Smartfil ABS, noin 20 €/kg). 3-15 grammaa per PCB.
• Ompeluneulat (hanki vain äidiltä). Koko riippuu komponenttien nastojen halkaisijasta. Yleensä halkaisija 0,5 mm tai 1 mm.
• Tinajuotos ja hitsaaja (noin 15 € paikallisesta kaupasta). Lisäksi kaikki hitsaukseen sopivat lisävarusteet: hitsaajan tuki, lamppu, lauta, pinsetit, suojalasit, naamio … lisävarusteet ovat käyttäjän päätettävissä, varmista, että tunnet olosi mukavaksi ja turvalliseksi käsityön aikana!
• Paljon kärsivällisyyttä, luovaa out-of-the-box -mieltä ja hyvä perusta (yritä googlettaa ja opiskella paljon ennen kuin pääset käsiksi).

Vaihe 1: Prototyyppi ja kaavio

Ellet noudata jonkun toisen kaaviota, sinun tulee rakentaa sähköpiiri valmistajan ohjeiden mukaisesti. Testaa prototyyppipiiri, ja kun olet saanut sen toimimaan, luonnostele kaikki liitännät ja komponentit.

Kun sinulla on luonnos ja sinulla on selkeä käsitys piiristäsi, hanki se yksityiskohtaisesti haluamastasi EDA -ohjelmistosta. Tämä auttaa optimoimaan ja vahvistamaan suunnittelusi.

Piirrä kaaviosi ja käytä tätä oppaana piirilevyn suunnittelussa. EDA -ohjelmiston, kuten Eaglen tai KiCadin, avulla voit lisätä tiettyjä komponentteja realistisilla pinnoilla ja mitoilla, jotta voit suunnitella sähköpiirin tarkasti niiden ympärille.

Käytän KiCadia, joka on ilmainen ja riittävän helppo ymmärtää aloittelijalle. Tiedän vain Brian Benchoffin @ https://hackaday.com/2016/11/17/creating-a-pcb-in… ja joidenkin aiheeseen liittyvien viestien ansiosta, joten noudata hänen ohjeita, jotta saat hyvän PCB-mallin.

Tämän osion kuvat liittyvät:

• Testaa ESP8266 -mallin prototyyppi ja nelinumeroinen 7 -segmenttinen näyttö (liitetty Teensy 4 -laitteeseen).
• Viittauskaavio ESP8266 12E wifi -kortille.
• KiCad -kaavio 4 -numeroisesta 7 -segmenttisestä näytöstä, joka toimii ESP8266: n ja jännitteenjakajan kautta (tämä on viimeinen tavoitteeni).
• KiCad -piirilevyn suunnittelu.

Vaihe 2: 3D -malli

Kun sinulla on PCB -malli paperilla, sinun pitäisi antaa sille enemmän realismia 3D -mallinnusohjelmistossa. Tämä myös valmistelee tiedoston 3D -tulostimellesi. Näin teen sen Blenderissä:

1. Luo tasoverkko ja lisää piirilevyn suunnittelukuva sen päälle. Varmista, että mittakaava ja mitat ovat realistisia, koska se toimii "jäljityspaperina".

2. Luo yksinkertaistettuja komponentteja kiinnittäen erityistä huomiota piirilevyyn liitettävien PINS -laitteiden tarkkaan sijaintiin ja kokoon. Hanki valmistajan tekniset tiedot verkosta tai mittaa ne itse saadaksesi ne riittävän tarkasti. Huomaa joitain tavallisia himmennyksiä, joita voit käyttää viitteenä:

   1. Laudoille käytä lentokoneita. Käytän yksipuolista piirilevyä 1,5 mm: n paksuisena, tätä ohuempana en saanut hyviä yksityiskohtia tulostettaessa (se riippuu myös tulostimen asetuksista ja ominaisuuksista, mutta palaamme siihen myöhemmin). Kaksipuoliselle piirilevylle käytin paksuus 2,5 mm.
   2. Käytä nastoissa sylintereitä, joiden halkaisija on vähintään 1 mm, jotta tulostin kaappaa sen.

   3. Käytä kanavissa vähintään 1,2 mm leveitä kuutioita. Puristat vain kasvoja kanaviesi saamiseksi.

3. Etsi komponentit piirilevyn suunnittelun mukaan. Jos komponentit ovat riittävän realistisia, voit käyttää tätä ristiriitojen tarkistamiseen, mutta jätä aina lisätilaa jokaisen elementin ympärille.
4. Seuraa sähköpiiriäsi. Aseta kuutioverkko ensimmäisen tapin kohdalle. Purista sitten editointitilassa kasvot suorana viivana mallin mukaan. Pidä se yksinkertaisena, käytä 90 asteen viivoja ja käytä niin monta kanavaa kuin pidät. Jätä myös vähintään 0,8 mm: n etäisyys seinien väliin tai muuten ne jäävät tulostamatta. Alla olevassa kuvassa 1 on esitetty muutamia reittejä todellisten mittojen mallinnuksen jälkeen, koska ihanteellinen reitti oli liian ohut ollakseen mahdollista.
5. Luo PCB lisäämällä litteä kuutio (himmeä kuten yllä).
6. Kaiverru kanavat ja reiät levylle lisäämällä Boolean -muokkaajat PCB -objektiisi. Tämä leikkaa levyn sen osan, joka leikkaa boolen muokkaajan kohdeobjektin.

Kuvissa 3 ja 4 esitetään ESP8266 -kortin lopputulos (3D -malli kuvassa 2).

Tämän jälkeen sinun pitäisi nähdä piirilevystä 3D -tulostus.

Viimeinen vaihe on viedä malli oikein.

1. Varmista, että kaikki kasvot osoittavat ulospäin ("Muokkaustila - Valitse kaikki" Sitten "Mesh - Normaali - Laske uudelleen ulkopuolelta").
2. Varmista, että ne ovat kaikki yksittäisiä kasvoja ("Muokkaustila-Valitse kaikki" Sitten "Edge-Reunan jako").-Jos jätät nämä kaksi vaihetta väliin, saatat löytää puuttuvia yksityiskohtia Slicer-ohjelmistostasi.-
3. Vie. STL -muodossa ("Vain valinta", jos haluat viedä vain lopullisen piirilevyn ja "Kohtausyksiköt", jotta asiat pysyvät asteikolla).

Vaihe 3: Slicer -ohjelmisto

3D -tulostimet tarjoavat yleensä "Slicer" -ohjelmiston 3D -mallien käsittelemiseksi (.stl -muodossa tai muissa muodoissa) ja tarvittavan tulostusreitin laskemiseksi (yleensä.gcode -muodossa). Minulla on Creality Ender 3, enkä ole siirtynyt mukana toimitetusta Creality Slicerista, mutta voit soveltaa näitä asetuksia kaikkiin muihin ohjelmistoihin.

Omistan koko osan viipalointiasetuksille, koska ne ovat erittäin tärkeitä ABS -tulostettaessa, mikä on melko hankalaa vääntymisen, kutistumisen ja halkeamisen vuoksi. Piirilevyn tulostus on myös vakiomallisten 3D -tulostimien rajoissa vaaditun tarkkuuden vuoksi.

Alla jaan asetukset, joita käytän Creality Slicer -laitteessa ABS -yksityiskohtaiseen PCB -tulostamiseen. Ne eroavat vakioasetuksista seuraavilla tavoilla:

• Ohuet seinät ja kerrokset (riittävän yksityiskohtaisten tietojen saamiseksi - tämä saattaa vaatia pari toistoa halutun tuloksen saavuttamiseksi, ellet ole tyytyväinen asetuksiini).
• Käytä lauttaa. Avain on pohjassa, josta sinun on pidettävä erityistä huolta. (Sallin 10 mm: n siirtymän mallista, jotta vältytään mahdollisimman pieneltä vääntymiseltä tulostukseen). Myöskään lautaviivojen välillä ei ole väliä hyvän kiinteän pohjan saavuttamiseksi. Jos saat perusasiat oikein, kaikki on tehty. Jos näet kulmia taittuvan tukikohdassasi, olet varmasti tuomittu.
• Hidas nopeus. Käytän noin 1/4 vakionopeudesta (tämä mahdollistaa hyvän filamentin asettamisen ja siten tarttumisen ja yleisen laadun).
• ABS -lämpötilat (sänky: 110ºC, suutin: 230ºC)
• Tuuletin pois käytöstä (suositellaan pitämään lämpötila tasaisena ABS: lle).

Vaihe 4: Tulosta

Lopuksi lähetä.gcode tulostimellesi ja hanki piirilevysi. Muutamia vinkkejä, joita sinun tulee noudattaa:

1. Kotelo 3D -tulostimesi. Kotelo pitää lämpötilan paljon vakaampana, mikä on kova vaatimus ABS -tulostukselle. Varmista, että pidät suorittimen ja virtalähteen kotelon ja hehkulangan ulkopuolella. Jos onnistut tulostamaan ABS: n ilman koteloa, jaa temppusi, koska se on saanut minut hulluksi.
2. Esilämmitä tulostinta jonkin aikaa. PLA: ssa voit tulostaa heti, mutta ABS: n kanssa minun on suositeltavaa esilämmittää ABS-asetuksilla (sänky: 110ºC, suutin: 230ºC) 10-15 minuuttia, jotta voit luoda oikean ilmapiirin ennen kuin voit aloittaa tulostuksen.
3. Tulosta hitaasti mutta varmasti. Kuten aiemmin mainitsin, olen pienentänyt vakiotulostusnopeuden 1/4 kokoonpanotiedostossa. Tämä näyttää riittävän hitaalta saadakseen hyvän tuloksen, mutta voit hallita tulostusnopeutta tulostuksen aikana säätämällä syöttöarvoa, jos haluat optimoida sitä hieman enemmän. Huomaa vain, että suuret nopeudet johtavat hyvin äkillisiin liikkeisiin, jotka eivät laske hehkulankaa tehokkaasti tai voivat törmätä verkkoon ja irrottaa sen.
4. Rakenna hyvä perusta. ABS: n avain on saavuttaa hyvin kiinteä pohja. Jos pohja epäonnistuu ja irrotetaan, malli on poissa (katso tuhoisia yrityksiä alla). Yllä olevien vinkkien (kotelointi, esilämmitys ja hidas nopeus) avulla sinun pitäisi saada hyvä pohja ja hyvä viimeistely. Mutta toisin kuin PLA, jonka jätän vartioimatta tuntikausia, ABS tarvitsee enemmän huomiota.
5. Ole valppaana, etenkin alussa. Toistamalla yllä, avain on pohja. Varmista, että ensimmäinen ulkomuoto on hyvin asetettu. Tämä ajaa loput ensimmäisen kerroksen tarttuvuudesta. Joskus filamentti ei tartu heti tai vedetään paikaltaan. Huomaa tämä riittävän pian korjataksesi pohjalevyn tasauksen tai puhdistuksen. Varo aina vääntymistä, jos näet kulmien nousevan, ne luultavasti poistavat koko pohjan ja pilaavat koko tuloksen. Vaikka pohja pysyy paikallaan, vääntyminen tekee tästä kulmasta epämuodostuneen.

Vaihe 5: Lanka ja juotos

Nyt on aika laittaa kaikki paikoilleen:

1. Tarkista kanavien ja reikien viimeistely. Erityisesti reikiä käytetään tulostimen väliin jättämiseen tai peittämiseen. Käytä ompeluneulaa, jos haluat avata osan näistä. Tietenkin, jos et saanut tasaista tulosta vääntymisen vuoksi tai et saanut odotettuja yksityiskohtia, tarkista tulostimen asetukset tai jopa 3D -mallisi mitat.
2. Aseta osat. Moduulit, vastukset, kondensaattorit tai ledit, joilla on omat nastat, voidaan asentaa helposti paikalleen. Voit taivuttaa omaa lankaa hieman saadaksesi sen kanaviin, joten on helpompi sitoa ne myöhemmin.
3. Lisää lanka ja juote. Käytä kanavaan sopivia tappeja tai puseroita ja leikkaa ne pitkiksi, joten sinun tarvitsee vain juottaa tietyissä liitoskohdissa. Meidän ei tarvitse juottaa koko asiaa, vaikka minulla on tapana tehdä se silloin, kun asiat eivät syty. Minun tapauksessani minun piti johdottaa kaikki ESP8266 -nastat, ja tässä oli avain saada hyvät juotostaidot (mitä minulla ei ole). Muu lauta oli melko yksinkertainen tehdä.

Vaihe 6: Testaa taulusi

Jos olet varma, että olet tehnyt kaiken oikein, kytke se verkkoon.

Prototyyppien suorittamiseen käytän ESP8266 -laitetta Teensy 4 -sarjayhteydessä.

Kun tein testejä paljaalla levyllä, latasin ohjelman, joka ladasi paikallista aikaa wifin kautta. Kuten näette, kaikki toimi hyvin. Toivottavasti teilläkin oli hyvä tulos tällä tekniikalla.