Изготовление высококачественных печатных плат в «домашних» условиях

Фрезерные станки — удобный инструмент для создания печатных плат из текстолита. Реализовать такой проект может любой специалист, знакомый с принципом работы станков с ЧПУ. Качество готового проекта зависит от некоторых нюансов, которые надо учесть как при подготовке проекта на компьютере, так и в процессе реализации на станке. Их мы и рассмотрим в этой статье.

Источник: uwaterloo.ca

Читайте нашу подробную инструкцию о фрезеровке печатных плат на CNC-станках.

Что такое ЧПУ-станок для печатных плат?

ЧПУ-станок для создания печатных плат — это типичный фрезер, оснащенный кастомным рабочим столом, на котором прочно крепится тонкая заготовка из текстолита. Фрезеровка печатных плат на ЧПУ принципиально не отличается от любой другой работы, выполняемой на станках с числовым программным управлением. Достоинство такого метода — высокая точность работы при минимальном вовлечении в процесс человека. Основная работа оператора станка сводится к подготовке виртуальной модели печатной платы и оценке завершенного проекта.

Правильный выбор фрезерного станка, залог высокого качества конечных ПП

Практика показывает, что радиолюбители, предпочитающие фрезеровать платы самостоятельно, часто отдают предпочтение модели Wattsan M1 6090

(для большого производства) или
А1 6090
(для выпуска малых серий), что обусловлено оптимальным соотношением цены и качества обработки).

Первый станок имеет станину повышенной устойчивости, что весьма важно при фрезеровании ПП

Рассчитан на работу с широким диапазоном материалов, от МДФ до алюминия.

Имеет трёхкоординатную управляющую систему, NcStudio, стол реечного типа.

Допускает тюнинг с монтажом значительного числа дополнительных опций:

• установку контроллера DSP;
• монтаж системы, обеспечивающей выравнивание портала;
• использование гидроопор;
• комплектацию датчиком инструмента;
• встраиваемой системой аспирации;
• установку СОЖ;
• встроенное поворотное устройство;
• надёжная система смазки.

Основные характеристики станка:

• корпус комплектуется сварной рамой усиленного типа (диапазон толщин 8.0-10.0) мм, прошедшей термообработку на этапе производства.

Это исключает её деформирование на протяжении всего срока службы станка.

• параметры рабочего поля составляют 600*900*300;
• в штатной комплектации модель имеет шпиндель мощностью в 1.5 кВт (с возможностью замены на более мощные варианты: 2.2, 3.5 кВт);
• установлена модель цангового патрона ER-11;
• обеспечивает точность позиционирования в 0.05 мм;
• рабочая скорость перемещения портала, 25000 мм/мин;
• по оси Z максимальная высота подъёма составляет 300 мм.

Плюсы и минусы фрезеровки печатных плат на ЧПУ

Покупка фрезера для печатных плат требует понимания того, какой результат вложения инвестиций требуется. Если сравнить преимущества и недостатки фрезеровки печатных плат, то очевидно, что покупка станка выгодна в любом случае. Даже для работы в гаражных условиях, когда производство не поставлено на поток, дешевый ЧПУ-фрезер позволяет существенно повысить качество плат в сравнении с изготовленными вручную, снизив при этом затраты времени и сил со стороны радиолюбителя.

Плюсы фрезерных аппаратов с ЧПУ:

1. Полностью автоматическая фрезеровка;
2. Отсутствие химических реагентов в процессе изготовления;
3. Возможность серийного и штучного изготовления при стабильном уровне качества;
4. Высокая скорость работы с проектами любой сложности.

Минусы при использовании станков:

1. Сравнительно высокие начальные инвестиции;
2. Необходимость небольшого обучения.

Источник: habr.com

Как видно, плюсы перекрывают минусы. Необходимость обучения отнесена к минусам условно, и лишь потому, что надо привести какие-то минусы, практически же это тоже плюс. Не факт, что первое же изделие выйдет идеально, но чуть позже, освоив работу со станком пользователь сможет быть уверен практически в стопроцентном результате.

Специфика отдельных этапов фрезерования ПП

Простейшей возможностью получения фотошаблона, является его распечатка на принтере. Прозрачная универсальная плёнка выбирается с учётом её конструктивного исполнения. с одной стороны. Она имеет шершавую поверхность (с желатиновым покрытием). На неё можно нанести изображение, применив струйный принтер. Другая сторона, гладкая – для печати на лазерном.

Советы, касающиеся практического использования фрезера:

• требуется обеспечить максимально ровную и плоскую поверхность рабочего стола.

Самым простым решением является обустройство «жертвенного стола» из отторцованной фанеры. В последнем фрезеруется ложе по размеру заготовки на глубину до 2 мм.

• материал заготовки не всегда имеет необходимую ровную поверхность, его толщина может варьироваться по длине и ширине.

С учётом этого рекомендуется резать с частичным прорезыванием токопроводящего слоя.

• Допускается применение для фрезерования конического гравёра (разговорное наименование, «пирамидка») с концевиком (0.4-1.0) мм.

Для сверления используются свёрла вышеназванных диаметров, имеющие хвостовик, допускающий установку в цангу стандартного типа (3.175 мм). Контур режется рашпильной фрезой (2.0-3.0) мм.

• Для замены инструмента (выполняется вручную) необходимо переводить станок в режим «удержание».

Выполнив замену, необходимо выставить «0» по Z. Две оставшиеся координаты не меняют и не обнуляют.

• В процессе фрезерования выделяется пыль, очень вредная для дыхательных органов человека (особенно при работах со стеклотекстолитом).

Поэтому обязательно следует до начала работ продумать систему её сбора и удаления, пользоваться ИСЗ органов дыхания.

В заключение обращаем внимание на то, что вся информация, изложенная в настоящей статье, является одним из возможных вариантов получения нужных ПП. Будем признательны профессионалам, которые поделятся с нами своим видением решения проблемы.

Программное обеспечение для создания печатных плат на станках с ЧПУ

Источник: habr.com

Существуют разные программы для создания печатных плат. Часть из них — платная, в некоторых есть бесплатные пробные периоды использования.

• Estlcam — программа для генерации G-кода, с возможностью управлять станком непосредственно из интерфейса программы.
• Free Mill — бесплатный CAM-модуль для генерации G-кода.
• DeskProto — профессиональная CAM-программа, для создания проектов любой сложности с минимальными усилиями.

Процесс изготовления печатных плат на станке с ЧПУ

Фрезеровка печатных плат разделяется на два этапа.

Первый — обширный подготовительный этап, в процессе которого необходимо на компьютере разработать топологию и схему сверления отверстий, а также создать схему готовой платы.

Второй этап — работа на станке. Необходима загрузка разных файлов на станок, чтобы фрезеровать канавки между дорожками и просверлить отверстия, а затем вырезать саму плату из куска текстолита, если это необходимо.

Определившись с нужной шириной дорожек и канавок между ними, следует учитывать их при разработке проекта. При правильной настройке фрезера достигается точность на уровне серийно производимой радиоаппаратуры.

Разработка или поиск схем для развода дорожек

Источник: cncmodelist.ru

Для проектирования электрических схем можно использовать любую подходящую компьютерную программу. Если вы новичок в этом деле, советуем работать с популярным приложением Sprint Layout. Удобство этого ПО — в его простом и понятном интерфейсе, который имеет качественную русификацию. Для Sprint Layout в Интернете легко найти много заготовок, поэтому вы можете сократить время на разработку, доработав готовый проект.

Учет кривизны основания

Источник: habr.com

Важный нюанс при фрезеровке печатных плат на ЧПУ — это правильная фиксация заготовки на рабочем столе станка. Поскольку глубина канавок — это доли миллиметра, важно, чтобы по всей площади печатной платы фреза проходила с одинаковой глубиной.

Первое, что необходимо сделать — это надежно закрепить текстолит на рабочем столе, чтобы он не сдвигался в процессе. Для этого существует несколько методов. Можно использовать струбцины или приклеить текстолит к столу двусторонним скотчем.

Вторая часть задачи — учесть локальные искривления текстолитовой плиты. Для этого станок сканирует поверхность, опуская инструмент в разных ее точках и запоминая результат, что позволяет автоматически построить карту высот.

Получение G-code из gerber-файлов

Источник: cncmodelist.ru

Когда в программе создан проект печатной платы, следует через меню выбрать: Файл — Экспорт — Формат — Gerber. В открывшемся окне выбрать необходимую толщину слоя меди и кликнуть по кнопке «Рамка для излома». Затем следует указать имя файла и место его сохранения в формате gerber.

В gerber-файле следует, через контекстное меню (открывается по клику на правую кнопку мыши), о, а после этого курсором выделить край платы. Для крупных печатных плат следует отказаться от мостиков при фрезеровке. Теперь можно сохранить файл, указав название латинскими буквами. Это и будет G-код для резки платы произвольной формы.

Выбор параметров фрезеровки

Чтобы правильно выполнить фрезеровку плат на станке с ЧПУ, следует выбрать корректные значения для следующих параметров станка:

• Скорость вращения фрезы;
• Скорость подачи шпинделя;
• Глубина фрезеровки за один проход.

Для определения этих параметров принимают во внимание такие условия:

• Характеристика шпинделя;
• Тип фрезы;
• Особенности текстолита (толщина проводящего слоя).

Поскольку не может быть универсальных настроек, основываясь на этих характеристиках вам придется выявить оптимальные вводные для вашего станка и для конкретного типа текстолита.

Производство плат на станке с ЧПУ

Источник: cncmodelist.ru

Для примера рассмотрим создание проекта печатной платы в той же программе Sprint Layout. Сначала делается трассировка дорожек, с достаточными зазорами между ними, для прохождения фрезы. Нулевой слой в программе означает контур, по которому обрезают готовую плату.

Затем, через «Настройки стратегий», указывают толщину режущего инструмента и, при необходимости, указывают на необходимость наметить отверстия, для чего ставят галочку в соответствующем чек-боксе.

Для управления фрезером можно использовать утилиту Step Cam, где надо задать глубину фрезеровки, учитывая толщину слоя меди. Готовый файл конвертировать в G-code. Теперь файл с G-code можно экспортировать на станок и, указав нулевую точку, запустить выполнение программы.

Описание станочной конструкции

Самым основным в конструкции машины становится мощный двигатель. В его комплект входят

• патрон;
• ключ;
• сверла с десяток самого разного диаметра.

Многие любителей покупают такие двигатели и работают с платами, удерживая в руках такой чудо инструмент. Но можно всегда идти дальше и опираясь на такой движок, сделать своими руками полноценный агрегат с открытыми чертежами. Полированные валы и линейные подшипники можно смело использовать для линейного перемещения двигателя. В таком случае появиться прекрасная возможность минимизировать люфты.

В широком доступе хорошо распространены линейные подшипники. Как дешевый вариант можно использовать фанеру, которую можно применить важным элементом для основной станины. Так же можно воспользоваться оргстеклом или сталью для вырезания тех же самых деталей. Некоторые из мелких сложных деталей печатаются на 3D-принтере.

Отличным приспособлением для поднятия двигателя в положение исходного режима пользуются спросом парочка канцелярских резинок, но в верхнем положении мотор благодаря микропереключателю отключается в самостоятельном режиме.

Стоит отметить, что нужно предусмотреть местечко для хранения ключа в маленькой сверловой пенале, в которой имеются пазы разной глубины для удобного хранения сверла с разнообразным диаметром.