Изготовление печатных плат методом лазерной гравировки с помощью 3D принтера Anycubic Mega Pro
В этой статье речь пойдет про то, как изготовить печатные платы с помощью 3D принтера Anycubic Mega Pro.
Раз уж я купил 3D принтер с лазером, то надо бы попробовать изготовить на нем печатную плату. Может быть с этим принтером это будет намного проще и удобнее.
Если просто попробовать положить медную пластину под лазер, то лазер не оставит на ней никаких следов. Поэтому я решил покрасить стеклотекстолит акриловой краской из баллончика, а затем сжечь лишнюю краску лазером.
Лучше всего подойдет черная матовая краска, для металла без всяких добавок. Это понятно как из общих соображений, так и из видео про тест лазера.
Перед покраской поверхность нужно обезжирить. Можно использовать спирт или ацетон. Я решил использовать спирт т.к. он не такой вонючий.
Затем разложил текстолит на газеты и покрасил тонким слоем краски в один слой. Эта краска сохнет очень быстро. Примерно за полчаса.
Вот так выглядит текстолит после покраски. Получилась ровная матовая поверхность черного цвета.
В качестве примера я решил изготовить печатную плату для умной шкатулки из прошлого видео. Переделывать шкатулку не буду, она и так хорошо работает, просто решил выбрать такой пример.
Разводку платы буду делать во Fritzing, принципиальная схема у меня уже была сделана в нем.
На плате уже есть все элементы, которые есть в принципиальной схеме. Остается только определиться, как их расположить и сделать разводку. Я выбрал толщину дорожки 1.2 мм.
Напомню, что лазер на этом принтере выжигает BMP картинки с разрешением 10 точек на миллиметр. Размер платы должен быть 5 на 5 см, значит, разрешение BMP картинки должно быть 500 на 500 пикселов.
Я выбирал экспорт в SVG форма. Т.к. это векторный формат и его можно увеличивать без потери качества. После экспорта Fritzing создает целую кучу разных трафаретов. Мне нужен первый с вот таким именем. "*_etch_copper_bottom.svg"
Затем открываю этот SVG в Inkscape. Эту программу лучше освоить всем у кого есть лазерный гравер. Я рассказывал про это в видео, про резку лазером по траектории.
Теперь картинку нужно увеличить до размера 500 на 500 пикселов.
Нужно зайти в свойства документа, выставляю размер документа в пикселях и размерность в пикселях.
Для того, чтобы картинка лучше выжигалась нужно, чтобы в ней были только белые и черные пиксели. Поэтому сглаживание лучше отключить на этой же странице.
Дальше можно выбрать экспорт в PNG, но тогда сглаживание опять появится. По-моему это небольшая недоработка со стороны разработчиков Inkscape.
Поэтому предлагаю выставить масштаб 100%, просто сделать скриншот и вставить его в Paint для дальнейшей доработки.
Дальше нужно сделать инверсию цвета. Выделяю всю картинку, выбираю вот эту команду. Теперь лучше удалить вот эти точки. Я этого не сделал, и дальше вы увидите, что из этого получилось.
При сохранении в Paint нужно выбрать формат BMP 24, а не какой-то другой BMP. Иначе принтер будет выжигать полностью черную картинку.
Все. Теперь у нас есть хорошая полностью подготовленная для выжигания картинка с выключенным сглаживанием и без потери качества.
Нужно выставить мощность лазера на 100%. Меньше ставить нет особого смысла. Переставлять разъемы на этом принтере вручную мне больше не нужно, я сделал переключатель это очень удобно.
Во время любой гравировки лазером выделяется неприятный запах, помещение нужно проветривать. Я бы не сказал, что воняет очень сильно. Примерно так же как при выжигании по дереву или картону.
Одна печатная плата размером 5 на 5 см. Выжигалась 1 час и 23 минуты. На плате видны дорожки, с которых лазер не сжег краску. Остальная краска должна быть разрушенной и ее можно как-то стереть. Пока, что результат выглядит обнадеживающе.
Теперь попробую стереть эту краску с помощью спирта и ватного диска.
Вначале краска не стиралась, а затем стерлась вместе с дорожками. К тому же видно, что некоторые дорожки расположены криво. Видимо плата немного сместилась при выжигании. Так, что в любом случае нужно переделывать.
Я оставил эту неудачную попытку изготовления платы, потому, что на ошибках учатся, и если вы решите сделать печатную плату у себя дома сами, то есть большая вероятность что с первого раза у вас это не получится. Вообще изготовление печатных плат в домашних условиях это не так уж и просто. Особенно если вы хотите получить печатную плату заводского качества.
В этот раз я закрепил текстолит на столике термоклеем, и результат получился лучше.
Отмывать теперь буду водой и зубной щеткой. Вода не растворяет краску, а нажим через щетину щетки будет умеренный, так что результат должен быть лучше.
Краска до конца оттираться не хочет. Но ее осталось не много, возможно она сама отвалиться в процессе травления.
Если бы часть дорожек стерлась как в прошлый раз, то их можно было бы нарисовать перманентным маркером перед началом травления. Но у меня ничего не стерлось, поэтому начинаю травить.
Травить буду хлористым железом. Обычно рекомендуют сыпать 25 граммов железа на 100 мл воды.
Скорость реакции зависит от температуры воды. В ванночке у меня горячая вода, из водопроводного крана.
Так же можно сделать водяную баню.
Если жидкость периодически помешивать, то реакция пойдет еще быстрее.
В процессе одного из таких помешиваний краска, которая не хотела отмываться отделилась сама.
Теперь печатную плату нужно промыть в воде, чтобы смыть остатки хлористого железа.
Хлористое железо можно слить в бутылку и использовать повторно.
Вот так выглядит плата после травления. Как видно, с одной из дорожек краска все-таки отделилась в процессе травления, и часть дорожки вытравилась. В этом нет ничего страшного, такое иногда получается. Такую дорожку не сложно восстановить, припаяв проводок сверху в месте разрыва. Ободки вокруг отверстий получились слишком тонкие. Это как раз потому, что я не закрасил отверстия.
Краску буду стирать наждачной, с зернистостью 400. Лучше взять более мелкую наждачную бумагу, но она у меня закончилась.
Вот так выглядит плата после зачистки наждачной бумагой.
Теперь нужно просверлить отверстия. Буду использовать бормашинку.
Теперь дорожки нужно еще раз зачистить в местах, где просверлили отверстия, чтобы убрать медные заусенцы.
Дорожки лучше залудить, так они станут толще, прочнее, через них будет проходить больший ток. Заодно и починю разорванную дорожку.
Буду использовать спиртовой раствор канифоли.
После остатки канифоли нужно отмыть.
Вот такая плата у меня получилась. Она получилась даже лучше чем те, что я делал раньше.
Мой вердикт такой. Технология изготовления плат таким способом вполне пригодна для использования. У нее даже есть ряд плюсов. Покрашенный текстолит можно заготовить заранее, а затем брать по мере надобности.
В отличие от утюжного метода и метода с фоторезистом, не нужно никаких лишних манипуляций с печатью трафаретов и их перенесением на плату. Так, что этот метод в случае штучного производства печатных плат в домашних условиях может даже сэкономить вам время. А пока плата выжигается или травиться, можно заниматься другими делами.