Progettazione PCB e fresatura di isolamento utilizzando solo software gratuito: 19 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

In questo Instructable ti mostrerò come progettare e fabbricare i tuoi PCB, utilizzando esclusivamente software gratuito che funziona su Windows e su un Mac.

Cose di cui hai bisogno:

• computer con connessione internet
• fresa/router cnc, più preciso è, meglio è
• 45°/20° V-Bit
• Punta da trapano da 0,8 mm
• fresa a candela da 3 mm
• bordo rivestito di rame
• nastro biadesivo

Passaggio 1: scarica il software

Hai bisogno del seguente software:

• fritzing
• Inkscape
• Makercam

Fare clic sui collegamenti, scaricare e installare il software sul computer. Makercam non ha bisogno di essere scaricato/installato poiché viene eseguito direttamente nel tuo browser.

Passaggio 2: progettare in Fritzing

Avvia Fritzing e inizia un nuovo schizzo.

Vai alla visualizzazione breadboard facendo clic sulla scheda breadboard nella parte superiore della finestra.

Sul lato destro c'è la tua libreria di parti, seleziona i componenti che desideri nel tuo circuito e trascinali nella finestra della breadboard. Assicurati che le parti abbiano le specifiche desiderate come piedinatura, valore e dimensione. Puoi modificare queste variabili del componente selezionato nell'Inspector in basso a destra dello schermo.

In questo esempio sto realizzando un circuito che utilizza un Arduino Nano per commutare un relè a 12V. Per questo ho bisogno di un transistor con un resistore alla base e un diodo di cattura in parallelo alla bobina del relè e due terminali a vite.

Le connessioni/cavi tra i componenti si effettuano cliccando e trascinando su una gamba/pin del componente. I punti di piegatura nei fili possono essere creati facendo clic e trascinando all'interno di un filo.

Fai tutte le connessioni di cui hai bisogno e che farai su una vera breadboard per far funzionare il circuito.

Passaggio 3: vista schematica

Ora vai alla vista schematica.

Vedrai uno schema elettrico con tutti i tuoi componenti e le loro connessioni. Riordina le cose trascinando i componenti in un ordine ragionevole e facendo clic e trascinando le linee di connessione tratteggiate in modo che non si intersechino.

Passaggio 4: visualizzazione PCB

Vai alla visualizzazione PCB.

Trascina i componenti in un ordine ragionevole. Una buona regola è posizionare i componenti con il maggior numero di piedini al centro e gli altri componenti intorno. Cerca di ottenere una distribuzione compatta.

Le parti si agganciano automaticamente alla griglia che vedi sullo sfondo. Per modificare la dimensione della griglia vai su Visualizza -> Imposta dimensione griglia.

Passaggio 5: autostrada

Fare clic su Routing -> Impostazioni Autorouter/DRC e selezionare il tipo di produzione personalizzato. Ora puoi impostare la larghezza della traccia sullo spessore desiderato a seconda della tua macchina/fresa/circuito. Ho usato 48 milioni. Fare clic su "OK".

Seleziona il rettangolo grigio (la scheda PCB) e nell'Inspector cambia il menu a discesa dei livelli in "un livello (lato singolo)".

Ora premi il pulsante Autoroute nella parte inferiore della finestra e lascia che il computer faccia il lavoro di routing!

Passaggio 6: un po' più di routing

Quando l'Autorouting è completo, riordina le tracce cliccando e trascinando i loro punti di piegatura. Fare clic con il pulsante destro del mouse sul punto di piegatura e selezionare Rimuovi punto di piegatura per rimuoverlo.

A volte ci sono connessioni che l'Autorouter non può instradare. Devi instradarli manualmente facendo clic e trascinando le linee di connessione tratteggiate. Usa i ponticelli dalla libreria delle parti per saltare le tracce che altrimenti intersecheresti.

Puoi anche aggiungere testo/loghi che verranno visualizzati nella maschera di rame trascinando "Immagine serigrafica" o "Testo serigrafato" dalla libreria alla tua bacheca. Seleziona il tuo logo e nell'Ispettore sotto Posizionamento - menu a discesa livello pcb seleziona "fondo rame". puoi caricare anche i tuoi file.svg facendo clic su "carica file immagine" nell'inspector.

Passaggio 7: controlla il tuo circuito

Se pensi di essere pronto con il routing, fai clic su Routing -> Design Rules Check per controllare automaticamente la tua creazione per le connessioni mancate / tracce sovrapposte o intersecanti.

Cerca di eliminare tutti gli errori e ripeti il DRC fino a quando non ci sono più problemi. Il disegno è finito!

Esporta il tuo PCB come file.svg facendo clic su "Esporta per PCB" in basso. Fare clic sulla piccola freccia sul pulsante Esporta e selezionare "Etchable (SVG)".

Otterrai un mucchio di svg esportati nella directory selezionata, ma ne useremo solo due:

• *nomefile*_etch_copper_bottom_mirror.svg
• *nomefile*_etch_mask_bottom_mirror.svg

Tutti gli altri file possono essere eliminati.

Passaggio 8: Inkscape

Apri *nomefile*_etch_copper_bottom_mirror.svg in Inkscape, seleziona tutto e premi ripetutamente ctrl+shift+g finché tutto non è separato.

Selezionare vista -> modalità di visualizzazione -> struttura. Ora vedrai solo i vettori senza riempimento o tratto.

Seleziona tutte le tracce e vai su Percorso -> Traccia a percorso.

Seleziona tutte le tracce e vai su Percorso -> Unione.

Salva.

Il file è ora pronto per CAM!

L'altro file.svg che abbiamo esportato da fritzing non ha bisogno di essere elaborato in Inkscape.

Passaggio 9: Makercam

Apri il tuo browser e vai su makercam.com.

Vai a Modifica -> Modifica preferenze e cambia la risoluzione predefinita di importazione SVG a 90 ppi.

Vai su File -> Apri file SVG, vai alla tua directory e seleziona il file "*nomefile*_etch_copper_bottom_mirror.svg".

Passaggio 10: fresatura di isolamento

Seleziona tutte le tue tracce (ma non i cerchi interni dei pin) e vai su CAM -> operazione profilo.

Se il tuo CNC è basato su GRBL, potresti voler eseguire tutte le CAM in makercam in unità imperiali (vedi qui per ulteriori riferimenti). Quindi devi convertire tutti i tuoi millimetri in pollici prima di digitarli.

Se si utilizza una punta a V a 45° con punta da 0,2 mm per il processo di fresatura di isolamento e si immerge 0,25 mm nel materiale, il diametro effettivo dell'utensile sulla superficie della scheda rivestita in rame è di 0,39 mm. Questo converte in 0, 015354331 pollici, Yayy!

Come detto, vogliamo andare a 0,25 mm di profondità nella scheda, quindi digitiamo -0,0098425197 pollici come profondità target. Il valore di step-down dovrebbe essere maggiore di quello, in modo che la fresa passi in un'unica passata.

Ho trovato che una velocità di avanzamento di 150 mm/min e una velocità di tuffo di 50 mm/min funzionano bene sulla mia macchina.

Fare clic su OK.

Passaggio 11: logo

Seleziona il logo/testo e vai su CAM -> segui operazione percorso.

Per maggiori dettagli nel logo, ho usato un V-Bit da 20° 0.2mm. Poiché con questa operazione il centro della fresa segue i percorsi (a differenza dell'operazione di profilo in cui il "bordo" della fresa segue il percorso), non è critico ciò che si digita per quanto riguarda il diametro dell'utensile.

La profondità dell'obiettivo è questa volta -0,2 mm (per maggiori dettagli).

Tutti gli altri valori sono gli stessi della fresatura di isolamento.

Fare clic su OK.

Passaggio 12: passaggio di contorno

Ora vogliamo tagliare il nostro PCB dalla scheda rivestita in rame di serie.

Selezionare il contorno esterno e digitare i valori richiesti.

Ho usato una punta a 4 scanalature da 3 mm con un avanzamento di circa 400 mm/min e un tuffo di 50 mm/min. Il passo in basso era di 0,4 mm.

Fare clic su OK.

Vai su CAM -> calcola tutto.

Vai su CAM -> esporta gcode.

Esporta ogni operazione in un unico file. Poiché ogni operazione richiede un altro strumento, è meglio nominare i file dopo lo strumento.

Passaggio 13: perforazione

Ricarica la pagina per iniziare un "nuovo progetto".

Apri il file "*nomefile*_etch_mask_bottom_mirror.svg". Non dimenticare di cambiare il ridimensionamento SVG a 90ppi prima di farlo!

Seleziona tutti i fori.

Andare in CAM -> operazione di foratura.

Ho usato una punta da trapano da 0,8 mm. La mia tavola aveva uno spessore di 1,5 mm, quindi per un foro pulito ho usato -2 mm per la profondità del bersaglio. La distanza del passo dovrebbe essere maggiore di questo valore affinché il trapano possa percorrere in un'unica passata. Ho usato una velocità di tuffo di circa 50 mm/min.

Fare clic su OK e tutti i fori vengono rilevati automaticamente.

Vai su CAM -> calcola tutto.

Esporta il tuo codice g.

Passaggio 14: preparazione della macchina

Usa alcune strisce di nastro biadesivo per incollare la scheda rivestita in rame allo spoiler della tua macchina.

Assicurati che questa parte dello spoiler sia completamente livellata, ad esempio puoi livellarla fresando una tasca (deve essere profonda solo 0,5 mm) al suo interno.

Oppure usa un autolivellatore. Per gli utenti GRBL questo può essere fatto usando chilipeppr.

Passaggio 15: iniziare a fresare…

Carica il bit V a 45°

La posizione zero dei file gcode si trova nell'angolo in basso a sinistra e sopra la superficie dello stock.

Quindi sposta la tua macchina vicino all'angolo in basso a sinistra del calcio e abbassa il mandrino in modo che la punta della punta tocchi a malapena la superficie. Imposta questa come posizione zero e avvia la fresatura di isolamento.

Fase 16: …perforazione…

Cambia lo strumento con una punta da trapano da 0,8 mm e imposta il nuovo Z zero quando la punta tocca la superficie. Inizia a praticare i fori.

Passaggio 17: …incisione

Cambia lo strumento in V-Bit 20° e avvia l'operazione di segui percorso per l'incisione del logo/testo.

Passaggio 18: ritagliare

L'ultimo passaggio consiste nel tagliare il PCB dal materiale di scorta.

Utilizzare la fresa a candela da 3 mm e la seconda operazione di profilo per farlo.

Passaggio 19: successo

Ecco qua con il tuo nuovo PCB fatto in casa!

Se sei veloce (e il tuo design non è troppo complesso) puoi farlo dall'idea al prodotto in meno di 1 ora.

Spero che questo Tutorial ti aiuti nei tuoi progetti e se vuoi puoi votarmi in cima a questa pagina o qui. Grazie!

Secondo Premio in the Mind for Design