3D Baskılı ABS PCB: 6 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Teensy'ime 4 basamaklı 7 segmentli bir ekran bağladığımda, evde PCB'leri bir tür kolay yoldan yapmak için araştırmaya başlamam gerektiğine karar verdim. Geleneksel aşındırma oldukça sıkıcı ve tehlikelidir, bu yüzden onu çabucak attım. Etrafta gördüğüm iyi bir fikir, kanallarınıza iletken boya ekleyerek çalışan 3D baskılı panolardır, ancak bu iletkenlik için oldukça düzensiz görünüyor. Çift ekstrüzyon yazıcıda kullanabileceğiniz özel iletken filamentler de var, ancak sahip olduğum standart ekipman için basit ve etkili bir şey arıyorum.

Bu yüzden bileşenleri ve konektörleri doğrudan 3D baskılar üzerine lehimlemeyi ve döşemeyi düşündüm.

Başlamadan önce uyaralım: deforme olmadan önce +200ºC'ye dayanabileceğinden ABS ile baskı yapacağız (böylece üzerine biraz lehimleme uygulayabiliriz). ABS ile baskı yapmak PLA ile olduğu kadar basit değildir, kapalı bir yazıcıya ve birçok ayarın kalibrasyonuna ihtiyacınız vardır, ancak bunu bir kez doğru yaptığınızda sonuç fark yaratır.

Bir bağlam eklemek için, örneklerde ESP8266 12E wifi kartı için bir PCB oluşturuyorum, böylece daha sonra başka herhangi bir şeye kolayca bağlayabilirim (son amaç bir 4d7seg ekranıdır).

PCB, mevcut tüm pinlerini kullanmama izin verecek, çoğu modülün çok az yedek pini varken veya gerçekten istemediğim çok fazla ek özelliği var (NodeMCU gibi).

Gereçler

• PCB tasarım yazılımı (KiCad burada, ücretsiz). Başlangıç seviyesi.
• 3D modelleme yazılımı (Blender burada, ücretsiz). Kullanıcı seviyesi.
• Bir 3D yazıcı (burada Creality 3D Ender 3 Pro, yaklaşık 200€). Kullanıcı seviyesi.
• ABS kullanırken yazıcınızın muhafazası şiddetle tavsiye edilir - Bu talimata devam etmeden önce ABS'yi başarıyla yazdırabildiğinizden emin olun.
• ABS filamenti (Smartfil ABS, yaklaşık 20€/Kg). PCB başına 3-15 gram.
• Dikiş iğneleri (sadece anneden biraz al). Boyut, bileşenlerinizin pimlerinin çapına bağlı olacaktır. Genellikle 0,5 mm veya 1 mm çapındadır.
• Kalay lehim ve kaynakçı (yerel bir dükkandan yaklaşık 15€). Ayrıca kaynak yapmaya uygun tüm aksesuarlar: kaynakçı desteği, bir lamba, bir tahta, cımbız, koruyucu gözlük, maske… aksesuarlar kullanıcıya kalmış, sadece işçiliği yaparken kendinizi rahat ve güvende hissettiğinizden emin olun!
• Bolca sabır, sıra dışı yaratıcı zihin ve iyi bir temel (elinizi almadan önce google'ı deneyin ve çok çalışın).

Adım 1: Prototip ve Şematik

Başka birinin şemasını takip etmiyorsanız, elektrik devrenizi üretici özelliklerine göre oluşturmalısınız. Bir prototip devreyi test edin ve onu çalıştırdıktan sonra tüm bağlantıları ve bileşenleri çizin.

Bir taslağınız olduğunda ve devrenizi net bir şekilde anlama konusunda rahat olduğunuzda, tercih ettiğiniz EDA yazılımında detaylandırın. Bu, tasarımınızı optimize etmenize ve doğrulamanıza yardımcı olacaktır.

Şemanızı çizin ve bunu PCB tasarımınız için bir kılavuz olarak kullanın. Eagle veya KiCad gibi EDA yazılımı, belirli bileşenlerinizi gerçekçi pin çıkışları ve boyutlarla eklemenize izin verir, böylece elektrik devrenizi tam olarak bunların etrafında tasarlayabilirsiniz.

Başlangıç için ücretsiz ve anlaşılması kolay KiCad kullanıyorum. Tek bildiğim, Brian Benchoff @ https://hackaday.com/2016/11/17/creating-a-pcb-in… ve ilgili bazı gönderiler sayesinde, güzel bir PCB tasarımı elde etmek için onun yönergelerini izleyin.

Bu bölümdeki resimler şunlarla ilgilidir:

• ESP8266 ve 4 haneli 7 segmentli ekran (Teensy 4'e bağlı) için test prototipi.
• Bir ESP8266 12E wifi kartı için bir referans bağlantı şeması.
• ESP8266 ve bir voltaj bölücü üzerinden çalışan 4 haneli 7 segmentli bir ekran için bir KiCad şeması (bu benim son amacım).
• Bir KiCad PCB tasarım çıktısı.

2. Adım: 3B Model

Kağıt üzerinde bir PCB tasarımınız olduğunda, bir 3D modelleme yazılımında ona biraz daha gerçekçilik vermelisiniz. Bu aynı zamanda dosyanızı 3D yazıcınız için hazırlayacaktır. Blender'da şöyle yapıyorum:

1. Bir düzlem ağı oluşturun ve üzerine PCB tasarım resminizi ekleyin. Ölçekli olduğundan ve boyutların gerçekçi olduğundan emin olun, çünkü bu bir "aydınger kağıdı" görevi görecektir.

2. PCB'nize bağlanan PIN'lerin tam konumuna ve boyutuna özellikle dikkat ederek basitleştirilmiş bileşenler oluşturun. Yeterince doğru olması için üretici özelliklerini çevrimiçi olarak alın veya kendiniz ölçün. Referans olarak kullanabileceğiniz bazı standart karartmalara dikkat edin:

   1. Panolar için uçak kullanın. Tek taraflı bir PCB için 1,5 mm kalınlık kullanıyorum, bundan daha ince olduğu için yazdırırken iyi ayrıntı alamadım (aynı zamanda yazıcı ayarlarınıza ve yeteneklerinize de bağlı, ancak buna daha sonra geleceğiz). Çift taraflı bir PCB için 2,5 mm kalınlık kullandım.
   2. Pimler için, yazıcı tarafından yakalanması için minimum 1 mm çapında silindirler kullanın.

   3. Kanallar için minimum 1,2 mm genişliğinde küpler kullanın. Kanallarınızı almak için sadece yüzleri çıkaracaksınız.

3. Bileşenlerinizi PCB tasarımınıza göre bulun. Bileşenleriniz yeterince gerçekçiyse, çakışmaları kontrol etmek için bunu kullanabilirsiniz, ancak her öğenin etrafında her zaman ek boşluk bırakın.
4. Elektrik devrenizi takip edin. İlk pimin bulunduğu yere bir küp ağ yerleştirin. Ardından, düzenleme modunda, tasarımı izleyerek yüzleri düz bir çizgide ekstrüde edin. Yine, 90º çizgiler kullanarak basit tutun ve düşündüğünüz kadar çok kanal kullanın. Ayrıca, duvarlar arasında en az 0,8 mm boşluk bırakın, aksi takdirde yazdırırken gözden kaçarlar. Aşağıdaki Resim 1, ideal rota mümkün kılmak için çok ince olduğundan, gerçek boyutlarla modellemeden sonra bazı değiştirilmiş rotaları göstermektedir.
5. Düz bir küp ekleyerek PCB'nizi oluşturun (yukarıdaki gibi kararır).
6. PCB nesnenize boole değiştiricileri ekleyerek kanallarınızı ve deliklerinizi tahtaya kazıyın. Bu, boole değiştiricisinin hedef nesnesiyle kesişen tahta parçasını kesecektir.

Resim 3 ve 4, ESP8266 kartı için nihai sonucu göstermektedir (resim 2'de 3D model).

Bundan sonra, PCB'nizin 3D baskısını görmelisiniz.

Son adım, modeli düzgün bir şekilde dışa aktarmaktır.

1. Tüm yüzlerin dışarıyı gösterdiğinden emin olun ("Düzenleme Modu - Tümünü Seç" Ardından "Ağ - Normaller - Dışarıyı Yeniden Hesapla").
2. Hepsinin ayrı yüzler olduğundan emin olun ("Düzenleme Modu - Tümünü Seç" Ardından "Kenar - Kenar Bölme").--Bu iki adımı atlarsanız, Slicer yazılımınızda eksik ayrıntılar bulabilirsiniz.--
3. . STL olarak dışa aktarın ("Yalnızca son PCB'yi dışa aktarmak için "Yalnızca Seçim" ve şeylerin ölçeğini korumak için "Sahne Birimleri").

3. Adım: Dilimleyici Yazılımı

3D yazıcılar genellikle 3D modelleri (.stl veya diğer formatlarda) işlemek ve yazdırmak için gerekli rotayı hesaplamak için (genellikle.gcode formatında) bir "Dilimleyici" yazılımı sağlar. Bir Creality Ender 3'üm var ve sağlanan Creality Slicer'dan taşınmadım, ancak bu ayarları başka herhangi bir yazılıma uygulayabilirsiniz.

Bükülme, çekme ve çatlama nedeniyle oldukça zor olan ABS'yi yazdırırken çok önemli oldukları için dilimleyici ayarlarına tam bir bölüm ayırıyorum. Bir PCB basmak, gereken hassasiyet nedeniyle standart 3D yazıcıların sınırındadır.

Aşağıda PCB'lerin ABS detaylı basımı için Creality Slicer üzerinde kullandığım ayarları paylaşıyorum. Standart ayarlardan farklıdırlar:

• İnce duvarlar ve katmanlar (yeterli ayrıntı sağlamak için - bu, ayarlarımdan memnun değilseniz, istediğiniz sonuç için birkaç yineleme gerektirebilir).
• Bir sal kullanın. Anahtar, özel dikkat göstermeniz gereken tabandadır. (Baskıyı etkileyecek herhangi bir minimum bükülmeyi önlemek için modelden 10 mm'lik bir ofset olmasına izin veriyorum). Ayrıca, iyi bir sağlam temel elde etmek için radye hatları arasında hiçbir ayrım yoktur. Üssünüzü doğru yaparsanız, her şey biter. Üssünüzde katlanan herhangi bir köşe görürseniz, kesinlikle mahkumsunuz.
• Yavaş hız. Standart hızın yaklaşık 1/4'ünü kullanıyorum (bu, iyi bir filament döşemesine ve dolayısıyla yapışmaya ve genel kaliteye izin veriyor).
• ABS sıcaklıkları (yatak: 110ºC, meme: 230ºC)
• Fan devre dışı (ABS için sıcaklığı sabit tutmanız önerilir).

Adım 4: Yazdırın!

Son olarak,.gcode'unuzu yazıcınıza gönderin ve PCB'nizi ürettirin. Takip etmeniz gereken bazı ipuçları:

1. 3D yazıcınızı kaplayın. Muhafaza, sıcaklığınızı çok daha sabit tutacaktır, bu da ABS baskı için güçlü bir gerekliliktir. CPU'yu ve güç kaynağını ve filamanınızı kasanın dışında tuttuğunuzdan emin olun. ABS'yi muhafazasız olarak basmayı başarırsanız, lütfen beni çıldırttığı için numaranızı paylaşın.
2. Yazıcınızı bir süre önceden ısıtın. PLA'da hemen yazdırabilirsiniz, ancak ABS ile benim tavsiyem, ABS ayarlarıyla (yatak: 110ºC, başlık: 230ºC) 10-15 dakika ön ısıtma yapmaktır, böylece devam etmeden ve baskıya başlamadan önce doğru atmosferi yaratırsınız.
3. Yavaş ama emin adımlarla yazdırın. Daha önce de belirtildiği gibi, yapılandırma dosyasında standart yazdırma hızını 1/4'e düşürdüm. Bu, iyi bir sonuç elde etmek için yeterince yavaş olduğunu gösterir, ancak biraz daha optimize etmek istiyorsanız, besleme hızını düzenleyerek yazdırma sırasında yazdırma hızını yönetebilirsiniz. Sadece yüksek hızların, filamenti etkili bir şekilde döşemeyecek veya ağ ile çarpışabilecek ve onu çözebilecek çok ani hareketlere yol açacağını unutmayın.
4. İyi bir temel oluşturun. ABS'deki anahtar, iyi sabitlenmiş bir taban elde etmektir. Taban başarısız olur ve çözülürse, model gitmiştir (aşağıdaki bazı feci denemelere bakın). Yukarıdaki ipuçlarıyla (kaplama, ön ısıtma ve yavaş hız) iyi bir temel ve iyi bir bitiş elde etmelisiniz. Ancak saatlerce başıboş bıraktığım PLA'nın aksine ABS'nin daha fazla dikkat etmesi gerekiyor.
5. Özellikle başlangıçta dikkatli olun. Yukarıdakileri yineleyerek, anahtar temeldir. İlk dış konturun iyi döşendiğinden emin olun. Bu, ilk katman yapışmasının geri kalanını yönlendirecektir. Bazen filament hemen yapışmaz veya bulunduğu yerden sürüklenir. Taban plakasındaki herhangi bir seviyelemeyi veya temizliği düzeltmek için bunu çok yakında tespit etmelisiniz. Her zaman bükülmeye dikkat edin, köşelerin yükseldiğini görürseniz, muhtemelen tüm tabanı çözecek ve tüm baskıyı bozacaktır. Taban yerinde kalsa bile, bükülme bu köşeyi deforme edecektir.

Adım 5: Tel ve Lehim

Şimdi hepsini yerine koyma zamanı:

1. Kanalların ve deliklerin sonunu kontrol edin. Özellikle yazıcı tarafından kaçırılan veya üst üste bindirilen delikler kullanılır. Bunlardan bazılarını yeniden açmanız gerekirse bir dikiş iğnesi kullanın. Elbette, eğrilme nedeniyle düz bir baskı almadıysanız veya beklediğiniz ayrıntıyı alamadıysanız, yazıcı ayarlarınızı ve hatta boyutlar için 3D modelinizi iki kez kontrol edin.
2. Bileşenlerinizi yerleştirin. Kendi pinlerine sahip modüller, rezistörler, kapasitörler veya ledler kolaylıkla yerleştirilebilir. Kanallara sokmak için kendi tellerini hafifçe bükebilirsiniz, böylece daha sonra bağlamak daha kolay olur.
3. Tel ve lehim ekleyin. Kanala uyan herhangi bir pim veya atlama teli kullanın ve bunları uzunlamasına kesin, böylece yalnızca belirli bağlantı noktalarında lehimlemeniz gerekir. İşler iyi gitmediğinde bunu yapmaya meyilli olsam da, her şeyi lehimlememize gerek yok. iyi lehimleme becerileri (ki ben yapmıyorum). Tahtanın geri kalanı yapmak oldukça basitti.

Adım 6: Kartınızı Test Edin

Her şeyi doğru yaptığınızdan eminseniz, fişi prize takın.

Prototipleme için ESP8266'yı Teensy 4 seri bağlantısında çalıştırıyorum.

Çıplak tahtada testleri yaparken yerel saati wifi üzerinden yükleyen bir program yükledim. Gördüğünüz gibi her şey yolunda gidiyordu. Umarım bu teknikle de iyi bir sonuç almışsınızdır.