Изготовление трафаретов для печатных плат на бюджетном плоттере
Я уже когда-то рассказывал о способах изготовления трафаретов для нанесения паяльной пасты на печатные платы для единичного и мелкосерийного производства.
Способов довольно много, перечислю основные вкратце:
1)Вырезать вручную из пленки острым ножом.
2)Изготовить трафарет из металла травлением, используя технологию аналогичную технологии изготовления печатных плат (ЛУТ, фоторезист).
3)Заказать лазерную резку из полиамидной или другой пленки в специализированной или не очень фирме.
4)Заказать лазерную резку из листа нержавеющей стали у нас или в Китае.
5)Знаю прецеденты изготовления трафаретов на специализированном фрезере.
За последние годы я попробовал все эти способы до единого, кроме двух:
-заказа резки из стали в РФ, т.к. у нас это стоит неадекватных денег для единичных изделий
-изготовления трафарета на фрезере, т.к. это доступно только тем, у кого по работе/учебе есть соответствующее дорогущее оборудование(LPKF ProtoMat).
В последнее время я в основном заказывал стальные (кстати, весьма качественные) трафареты в Китае, а конкретнее вот тут. Вместе с доставкой, трафарет с полезной площадью около листа А4 выходит примерно в 2000-2500 рублей. И все бы хорошо, но есть две проблемы. Первая, очевидная - время доставки. От двух недель до двух месяцев. причем предсказать его невозможно. Вторая проблема - заказывать по одному трафарету на каждый тип платы может выйти накладно (у меня более 30 типов плат в производстве). Приходится на один трафарет собирать несколько плат. Но зачастую так получается, что какие-то платы еще не допроектированы, а какие-то уже надо бы побыстрее делать, в итоге одно тянет другое. В общем неудобно.
И тут один из читателей моего журнала мне рассказал, что режет трафареты на плоттере. Честно говоря, до этого момента я представлял себе все плоттеры как-то так:
Соответственно даже мысли обзавестись таким у меня не было. А оказалось, что существуют крайне компактные режущие настольные плоттеры, размером всего 40x14x11 см.
Конкретно речь идет о плоттерах производства фирмы Graphtec (оно же Silhouette). Самая простая и дешевая модель, актуальная на текущий день - Graphtec Silhouette Portrait. Стоимость - около 10 000 рублей. Совершенно неожиданно, выяснилось, что у моего хорошего знакомого есть одна из предыдущих, моделей - Graphtec Craft Robo, которую он мне готов дать попробовать, на что я конечно согласился.
Резать я решил из той же пленки, которую когда-то использовал при изготовлении трафаретов вручную и лазером. Это прозрачная пленка фирмы Lomond для лазерных принтеров. Толщина у нее 100 микрон. Чуть-чуть меньше нужного, но сойдет. Первые попытки прорезать трафарет, с использованием штатной утилиты оказались печальными. Нож просто не мог прорезать пленку, а точность рисунка была так себе, на мелких деталях.
Я уж было расстроился и отложил плоттер, но потом, совершенно случайно, на форуме OpenPnP (управляющей программы моего расстановщика). Наткнулся на упоминание утилиты под названием gerber2graphtec (GitHub, сохраненная копия). Сначала я подумал, что это просто конвертер форматов - из гербер файлов в формат для резки на плоттере. Но изучив описание, оказалось все интереснее - утилита напрямую управляет плоттером. Ради интереса я ее запустил (на одноплатном компьютере, валявшемся под рукой, с линуксом) и удивился еще больше - оказывается утилита управляет плоттером на весьма низком уровне, выдавая команды управления головке плоттера специальным способом, заточенным именно на изготовление трафаретов для печатных плат.
Инструкция по использованию утилиты: http://alex-avr2.livejournal.com/225750.html
А именно:
-Нож в таких плоттерах флюгерного типа. Т.е. он вращается вокруг своей оси. Штатная программа ведет нож по контуру реза, таким образом на углах контура нож поворачивается будучи в материале. Gerber2graphtec разворачивает нож в нужном направлении сбоку, на неиспользуемой части листа, после чего не меняя направления режет все линии на трафарете. Т.е. сначала нож проходит и режет все горизонтальные линии, потом линии под углом 22.5 градуса, потом под 45 градусов и так далее. В итоге на специальном поле получается такой рисунок:
-Нож движется гораздо медленнее, чем в штатной утилите(даже на самой медленной настройке). В результате, вырезание трафарета может растянуться на пол часа и даже больше. Но это быстрее, чем ждать 2 месяца.
-Резка происходит в два прохода. Первый раз нож работает со средним давлением и не прорезает лист до конца, второй раз нож давит на полную и лист прорезается.
-Также в описании программы декларируется алгоритм компенсации люфта.
Увидев все это, я тут же сделал тестовый рисунок трафарета и отправил его на резку. Для резки на плоттере под разрезаемым материалом должна быть подложка. Вариантов может быть много разных, я же решил на лист пленки наклеить что-то толстое - около 0.2мм, так, чтобы нож (глубина реза которого регулируется с точностью 0.1мм) гарантированно мог прорезать пленку, но не мог прорезать подложку. Первое, что попалось под руку - двухсторонний скотч. Если не отдирать пленку со второй стороны - то он как раз нужной толщины. При этом во время резки скотч удерживает вырезанные кусочки пленки от вылетания, а при отдирании скотча от пленки - он с собой эти кусочки забирает (хотя некоторые все же приходится потом выковыривать вручную, что не сложно и быстро).
Результат резки превзошел все мои ожидания - трафарет получился почти идеальным (с поправкой на технологию).
Сверху - TQFP с шагом 0.8, по центру - с шагом 0.5, снизу - SOIC с шагом 1.27. Справа 0603, 0805 и 1206.
Как видно, даже на шаге 0.5 (ширина прорези 0.2мм) качество получилось вполне себе, на больших размерах все еще лучше.
Буквально через несколько дней я купил себе Graphtec Silhouette Portrait (на фото выше) и тем самым теперь у меня есть маленький заводик по производству печатных плат, с полным циклом. Я сам делаю трафареты, сам делаю принтеры для трафаретов, сам наношу пасту, расставляю компоненты в своем автоматическом расстановщике, после этого запекаю платы в самодельной печи. Даже платы я могу в теории сам делать, но это в большинстве случаев неоправданно.
Я попробовал натянуть пленочный трафарет в самодельном принтере для паяльной пасты, про который уже рассказывал:
Получилось! Конечно, с пленкой нужно быть осторожнее чем с пластиком и по краям ее все-таки немножко повело, что впрочем не отразилось на нанесении пасты на конкретную простую плату. С натягиванием пленки буду еще экспериментировать.
Итого, плюсы:
+Возможность вырезать трафарет быстрее чем за час прямо на столе.
+Стоимость трафарета почти нулевая (лист пленки стоит где-то 10 рублей).
+Плоттер можно использовать и для других (стандартных) задач - вырезать наклейки, делать картинки/надписи из виниловой пленки, резать трафареты для нанесения рисунков на футболки, делать всякие декоративные бумажки и т.п.
Минусы:
-Нужно вложить 10 000 рублей в покупку плоттера.
-Трафарет получается из пленки, а не из стали, что накладывает ограничения на ресурс и прочность.
-Для компонентов с шагом 0.5 и менее апертуры могут получиться не достаточно качественными.
Лично я еще наверняка буду заказывать стальные трафареты, для сложных плат, либо для больших серий плат. Однако, большинство моих плат не содержат элементов с шагом менее 0.8мм и производятся в количестве не более десятков, так что для таких плат я теперь могу быстро и практически бесплатно делать трафареты сам.
Инструкция по использованию утилиты: http://alex-avr2.livejournal.com/225750.html
Способов довольно много, перечислю основные вкратце:
1)Вырезать вручную из пленки острым ножом.
2)Изготовить трафарет из металла травлением, используя технологию аналогичную технологии изготовления печатных плат (ЛУТ, фоторезист).
3)Заказать лазерную резку из полиамидной или другой пленки в специализированной или не очень фирме.
4)Заказать лазерную резку из листа нержавеющей стали у нас или в Китае.
5)Знаю прецеденты изготовления трафаретов на специализированном фрезере.
За последние годы я попробовал все эти способы до единого, кроме двух:
-заказа резки из стали в РФ, т.к. у нас это стоит неадекватных денег для единичных изделий
-изготовления трафарета на фрезере, т.к. это доступно только тем, у кого по работе/учебе есть соответствующее дорогущее оборудование(LPKF ProtoMat).
В последнее время я в основном заказывал стальные (кстати, весьма качественные) трафареты в Китае, а конкретнее вот тут. Вместе с доставкой, трафарет с полезной площадью около листа А4 выходит примерно в 2000-2500 рублей. И все бы хорошо, но есть две проблемы. Первая, очевидная - время доставки. От двух недель до двух месяцев. причем предсказать его невозможно. Вторая проблема - заказывать по одному трафарету на каждый тип платы может выйти накладно (у меня более 30 типов плат в производстве). Приходится на один трафарет собирать несколько плат. Но зачастую так получается, что какие-то платы еще не допроектированы, а какие-то уже надо бы побыстрее делать, в итоге одно тянет другое. В общем неудобно.
И тут один из читателей моего журнала мне рассказал, что режет трафареты на плоттере. Честно говоря, до этого момента я представлял себе все плоттеры как-то так:
Соответственно даже мысли обзавестись таким у меня не было. А оказалось, что существуют крайне компактные режущие настольные плоттеры, размером всего 40x14x11 см.
Конкретно речь идет о плоттерах производства фирмы Graphtec (оно же Silhouette). Самая простая и дешевая модель, актуальная на текущий день - Graphtec Silhouette Portrait. Стоимость - около 10 000 рублей. Совершенно неожиданно, выяснилось, что у моего хорошего знакомого есть одна из предыдущих, моделей - Graphtec Craft Robo, которую он мне готов дать попробовать, на что я конечно согласился.
Резать я решил из той же пленки, которую когда-то использовал при изготовлении трафаретов вручную и лазером. Это прозрачная пленка фирмы Lomond для лазерных принтеров. Толщина у нее 100 микрон. Чуть-чуть меньше нужного, но сойдет. Первые попытки прорезать трафарет, с использованием штатной утилиты оказались печальными. Нож просто не мог прорезать пленку, а точность рисунка была так себе, на мелких деталях.
Я уж было расстроился и отложил плоттер, но потом, совершенно случайно, на форуме OpenPnP (управляющей программы моего расстановщика). Наткнулся на упоминание утилиты под названием gerber2graphtec (GitHub, сохраненная копия). Сначала я подумал, что это просто конвертер форматов - из гербер файлов в формат для резки на плоттере. Но изучив описание, оказалось все интереснее - утилита напрямую управляет плоттером. Ради интереса я ее запустил (на одноплатном компьютере, валявшемся под рукой, с линуксом) и удивился еще больше - оказывается утилита управляет плоттером на весьма низком уровне, выдавая команды управления головке плоттера специальным способом, заточенным именно на изготовление трафаретов для печатных плат.
Инструкция по использованию утилиты: http://alex-avr2.livejournal.com/225750.html
А именно:
-Нож в таких плоттерах флюгерного типа. Т.е. он вращается вокруг своей оси. Штатная программа ведет нож по контуру реза, таким образом на углах контура нож поворачивается будучи в материале. Gerber2graphtec разворачивает нож в нужном направлении сбоку, на неиспользуемой части листа, после чего не меняя направления режет все линии на трафарете. Т.е. сначала нож проходит и режет все горизонтальные линии, потом линии под углом 22.5 градуса, потом под 45 градусов и так далее. В итоге на специальном поле получается такой рисунок:
-Нож движется гораздо медленнее, чем в штатной утилите(даже на самой медленной настройке). В результате, вырезание трафарета может растянуться на пол часа и даже больше. Но это быстрее, чем ждать 2 месяца.
-Резка происходит в два прохода. Первый раз нож работает со средним давлением и не прорезает лист до конца, второй раз нож давит на полную и лист прорезается.
-Также в описании программы декларируется алгоритм компенсации люфта.
Увидев все это, я тут же сделал тестовый рисунок трафарета и отправил его на резку. Для резки на плоттере под разрезаемым материалом должна быть подложка. Вариантов может быть много разных, я же решил на лист пленки наклеить что-то толстое - около 0.2мм, так, чтобы нож (глубина реза которого регулируется с точностью 0.1мм) гарантированно мог прорезать пленку, но не мог прорезать подложку. Первое, что попалось под руку - двухсторонний скотч. Если не отдирать пленку со второй стороны - то он как раз нужной толщины. При этом во время резки скотч удерживает вырезанные кусочки пленки от вылетания, а при отдирании скотча от пленки - он с собой эти кусочки забирает (хотя некоторые все же приходится потом выковыривать вручную, что не сложно и быстро).
Результат резки превзошел все мои ожидания - трафарет получился почти идеальным (с поправкой на технологию).
Сверху - TQFP с шагом 0.8, по центру - с шагом 0.5, снизу - SOIC с шагом 1.27. Справа 0603, 0805 и 1206.
Как видно, даже на шаге 0.5 (ширина прорези 0.2мм) качество получилось вполне себе, на больших размерах все еще лучше.
Буквально через несколько дней я купил себе Graphtec Silhouette Portrait (на фото выше) и тем самым теперь у меня есть маленький заводик по производству печатных плат, с полным циклом. Я сам делаю трафареты, сам делаю принтеры для трафаретов, сам наношу пасту, расставляю компоненты в своем автоматическом расстановщике, после этого запекаю платы в самодельной печи. Даже платы я могу в теории сам делать, но это в большинстве случаев неоправданно.
Я попробовал натянуть пленочный трафарет в самодельном принтере для паяльной пасты, про который уже рассказывал:
Получилось! Конечно, с пленкой нужно быть осторожнее чем с пластиком и по краям ее все-таки немножко повело, что впрочем не отразилось на нанесении пасты на конкретную простую плату. С натягиванием пленки буду еще экспериментировать.
Итого, плюсы:
+Возможность вырезать трафарет быстрее чем за час прямо на столе.
+Стоимость трафарета почти нулевая (лист пленки стоит где-то 10 рублей).
+Плоттер можно использовать и для других (стандартных) задач - вырезать наклейки, делать картинки/надписи из виниловой пленки, резать трафареты для нанесения рисунков на футболки, делать всякие декоративные бумажки и т.п.
Минусы:
-Нужно вложить 10 000 рублей в покупку плоттера.
-Трафарет получается из пленки, а не из стали, что накладывает ограничения на ресурс и прочность.
-Для компонентов с шагом 0.5 и менее апертуры могут получиться не достаточно качественными.
Лично я еще наверняка буду заказывать стальные трафареты, для сложных плат, либо для больших серий плат. Однако, большинство моих плат не содержат элементов с шагом менее 0.8мм и производятся в количестве не более десятков, так что для таких плат я теперь могу быстро и практически бесплатно делать трафареты сам.
Инструкция по использованию утилиты: http://alex-avr2.livejournal.com/225750.html