Σχεδιασμός και απομόνωση PCB χρησιμοποιώντας μόνο δωρεάν λογισμικό: 19 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Σε αυτό το Instructable θα σας δείξω πώς να σχεδιάζετε και να κατασκευάζετε τα δικά σας PCB, αποκλειστικά χρησιμοποιώντας δωρεάν λογισμικό που λειτουργεί σε Windows καθώς και σε Mac.

Πράγματα που χρειάζεστε:

• υπολογιστή με σύνδεση στο Διαδίκτυο
• cnc mill/router, όσο πιο ακριβής τόσο το καλύτερο
• 45 °/20 ° V-Bit
• Τρυπάνι 0,8mm
• 3 χιλιοστά μύλος
• χαλκο -επενδεδυμένη σανίδα
• κολλητική ταινία διπλής όψης

Βήμα 1: Αποκτήστε το Λογισμικό

Χρειάζεστε το ακόλουθο λογισμικό:

• Φριζάρισμα
• Inkscape
• Makercam

Κάντε κλικ στους συνδέσμους, κατεβάστε και εγκαταστήστε το λογισμικό στον υπολογιστή σας. Το Makercam δεν χρειάζεται λήψη/εγκατάσταση αφού εκτελείται απευθείας στο πρόγραμμα περιήγησής σας.

Βήμα 2: Σχεδιασμός στο Fritzing

Ξεκινήστε το Fritzing και ξεκινήστε ένα νέο σκίτσο.

Μεταβείτε στην προβολή breadboard κάνοντας κλικ στην καρτέλα breadboard στο επάνω μέρος του παραθύρου.

Στη δεξιά πλευρά είναι η βιβλιοθήκη σας, επιλέξτε τα εξαρτήματα που θέλετε στο κύκλωμά σας και σύρετέ τα & αφήστε τα στο παράθυρο του breadboard. Βεβαιωθείτε ότι τα μέρη έχουν τις επιθυμητές προδιαγραφές, όπως pinout, τιμή και μέγεθος. Μπορείτε να αλλάξετε αυτές τις μεταβλητές του επιλεγμένου στοιχείου στο Inspector στην κάτω δεξιά γωνία της οθόνης σας.

Σε αυτό το παράδειγμα φτιάχνω ένα κύκλωμα που χρησιμοποιεί Arduino Nano για εναλλαγή ρελέ 12V. Για αυτό χρειάζομαι ένα τρανζίστορ με αντίσταση στη βάση καθώς και μια δίοδο σύλληψης παράλληλα με το πηνίο ρελέ και δύο ακροδέκτες βίδας.

Οι συνδέσεις/καλώδια μεταξύ των εξαρτημάτων γίνονται κάνοντας κλικ και σύροντας σε ένα πόδι/ακίδα του στοιχείου. Τα σημεία κάμψης στα καλώδια μπορούν να γίνουν κάνοντας κλικ και σύροντας μέσα σε ένα σύρμα.

Κάντε όλες τις συνδέσεις που χρειάζεστε και θα κάνατε σε ένα πραγματικό σανίδι για να λειτουργήσει το κύκλωμα.

Βήμα 3: Σχηματική προβολή

Τώρα μεταβείτε στη Σχηματική προβολή.

Θα δείτε ένα διάγραμμα καλωδίωσης με όλα τα εξαρτήματά σας και τις συνδέσεις τους. Τακτοποιήστε τα πράγματα σύροντας τα στοιχεία με λογική σειρά και κάνοντας κλικ και σύροντας τις διακεκομμένες γραμμές σύνδεσης, ώστε να μην τέμνονται οι ίδιοι.

Βήμα 4: Προβολή PCB

Μεταβείτε στην Προβολή PCB.

Σύρετε τα στοιχεία σας σε λογική σειρά. Ένας καλός βασικός κανόνας είναι να τοποθετήσετε τα εξαρτήματα με τις περισσότερες καρφίτσες στο κέντρο και τα άλλα εξαρτήματα γύρω. Προσπαθήστε να λάβετε μια συμπαγή διανομή.

Τα μέρη κλειδώνουν αυτόματα στο πλέγμα που βλέπετε στο παρασκήνιο. Για να αλλάξετε το μέγεθος του πλέγματος μεταβείτε στην Προβολή -> Ορισμός μεγέθους πλέγματος.

Βήμα 5: Αυτόματη διαδρομή

Κάντε κλικ στο Routing -> Autorouter/DRC settings και επιλέξτε προσαρμοσμένο τύπο παραγωγής. Τώρα μπορείτε να ρυθμίσετε το πλάτος ίχνους στο επιθυμητό πάχος ανάλογα με το μηχάνημα/τον τελικό μύλο/το κύκλωμά σας. Χρησιμοποίησα 48mil. Κάντε κλικ στο "OK".

Επιλέξτε το γκρι ορθογώνιο (το PCB Board) και στο Inspector αλλάξτε το αναπτυσσόμενο επίπεδο στρώσεων σε "ένα επίπεδο (μονής όψης)".

Τώρα πατήστε το κουμπί Autoroute στο κάτω μέρος του παραθύρου και αφήστε τον υπολογιστή να κάνει τη δρομολόγηση!

Βήμα 6: Κάποια περισσότερη δρομολόγηση

Όταν ολοκληρωθεί η αυτόματη δρομολόγηση, τακτοποιήστε τα ίχνη κάνοντας κλικ και σύροντας τα σημεία καμπής τους. Κάντε δεξί κλικ στο σημείο καμπής και επιλέξτε αφαίρεση καμπύλης για να το αφαιρέσετε.

Μερικές φορές υπάρχουν συνδέσεις που δεν μπορεί να δρομολογήσει ο Autorouter. Πρέπει να τα δρομολογήσετε με το χέρι κάνοντας κλικ και σύροντας τις διακεκομμένες γραμμές σύνδεσης. Χρησιμοποιήστε άλτες από τη βιβλιοθήκη ανταλλακτικών για να πηδήξετε πάνω από ίχνη που διαφορετικά θα τέμνατε.

Μπορείτε επίσης να προσθέσετε κείμενο/λογότυπα που θα εμφανιστούν στη μάσκα χαλκού σύροντας "Silkscreen Image" ή "Silkscreen Text" από τη βιβλιοθήκη στον πίνακα σας. Επιλέξτε το λογότυπό σας και στο αναπτυσσόμενο μενού Επιθεωρητής - Τοποθέτηση στρώματος pcb επιλέξτε "κάτω μέρος χαλκού". Μπορείτε επίσης να φορτώσετε τα δικά σας αρχεία.svg κάνοντας κλικ στο "φόρτωση αρχείου εικόνας" στον επιθεωρητή.

Βήμα 7: Ελέγξτε το κύκλωμά σας

Εάν πιστεύετε ότι είστε έτοιμοι με τη δρομολόγηση κάντε κλικ στο Δρομολόγηση -> Κανόνες σχεδίασης Ελέγξτε για αυτόματο έλεγχο της δημιουργίας σας για χαμένες συνδέσεις / επικαλυπτόμενα ή διασταυρωμένα ίχνη.

Προσπαθήστε να εξαλείψετε όλα τα σφάλματα και επαναλάβετε το DRC μέχρι να μην υπάρχουν άλλα προβλήματα. Ο σχεδιασμός τελείωσε!

Εξάγετε το PCB σας ως αρχεία.svg κάνοντας κλικ στο "Εξαγωγή για PCB" στο κάτω μέρος. Κάντε κλικ στο μικρό βέλος στο κουμπί Εξαγωγή και επιλέξτε "Etchable (SVG)".

Θα λάβετε μια δέσμη svg που εξάγονται στον επιλεγμένο κατάλογο, αλλά θα χρησιμοποιήσουμε μόνο δύο από αυτά:

• *yourfilename*_etch_copper_bottom_mirror.svg
• *yourfilename*_etch_mask_bottom_mirror.svg

Όλα τα άλλα αρχεία μπορούν να διαγραφούν.

Βήμα 8: Inkscape

Ανοίξτε το *yourfilename *_etch_copper_bottom_mirror.svg στο Inkscape, επιλέξτε τα πάντα και πατήστε επανειλημμένα τα πλήκτρα ctrl+shift+g έως ότου όλα είναι ungrouped.

Επιλέξτε προβολή -> λειτουργία εμφάνισης -> περίγραμμα. Τώρα θα βλέπετε μόνο τα διανύσματα χωρίς πλήρωση ή εγκεφαλικό επεισόδιο.

Επιλέξτε όλα τα ίχνη και μεταβείτε στο Path -> Stroke to Path.

Επιλέξτε όλα τα ίχνη και μεταβείτε στη Διαδρομή -> Ένωση.

Αποθηκεύσετε.

Το αρχείο είναι τώρα έτοιμο για CAM!

Το άλλο.svg που εξάγαμε από το fritzing δεν χρειάζεται επεξεργασία στο Inkscape.

Βήμα 9: Makercam

Ανοίξτε το πρόγραμμα περιήγησής σας και μεταβείτε στη διεύθυνση makercam.com.

Μεταβείτε στην επιλογή Επεξεργασία -> Προτιμήσεις επεξεργασίας και αλλάξτε την προεπιλεγμένη ανάλυση SVG Import σε 90 ppi.

Μεταβείτε στο Αρχείο -> Ανοίξτε το αρχείο SVG, μεταβείτε στον κατάλογό σας και επιλέξτε το αρχείο "*yourfilename*_etch_copper_bottom_mirror.svg".

Βήμα 10: Άλεση απομόνωσης

Επιλέξτε όλα τα ίχνη σας (αλλά όχι τους εσωτερικούς κύκλους των ακίδων) και μεταβείτε στη λειτουργία CAM -> προφίλ.

Εάν το CNC σας βασίζεται σε GRBL, μπορεί να θέλετε να κάνετε όλα τα CAM σε makercam σε αυτοκρατορικές μονάδες (δείτε εδώ για περαιτέρω αναφορά). Πρέπει λοιπόν να μετατρέψετε όλα τα χιλιοστά σας σε ίντσες πριν τα πληκτρολογήσετε.

Εάν χρησιμοποιείτε 45-V V-Bit με άκρη 0,2mm για τη διαδικασία φρεζαρίσματος απομόνωσης και βουτάτε 0,25mm στο υλικό, η αποτελεσματική διάμετρος του εργαλείου στην επιφάνεια του χαλκού σας είναι 0,39mm. Αυτό μετατρέπεται σε 0, 015354331 ίντσες, Yayy!

Όπως είπαμε, θέλουμε να πάμε 0,25 χιλιοστά βαθιά στον πίνακα, οπότε πληκτρολογούμε -0,0098425197 ίντσες ως το βάθος -στόχο μας. Η αναπτυσσόμενη τιμή θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από αυτήν, ώστε ο κόφτης να περνάει σε ένα μόνο πέρασμα.

Βρήκα έναν ρυθμό τροφοδοσίας 150mm/min και έναν ρυθμό βύθισης 50mm/min να λειτουργεί καλά στο μηχάνημά μου.

Κάντε κλικ στο OK.

Βήμα 11: Λογότυπο

Επιλέξτε το λογότυπο/κείμενο και μεταβείτε στη λειτουργία CAM -> ακολουθήστε τη διαδρομή.

Για περισσότερες λεπτομέρειες στο λογότυπο, χρησιμοποίησα ένα V-Bit 20 ° 0,2mm. Δεδομένου ότι με αυτήν τη λειτουργία το κέντρο του κόφτη σας ακολουθεί τις διαδρομές (σε αντίθεση με τη λειτουργία προφίλ όπου η "άκρη" του κόφτη ακολουθεί τη διαδρομή), δεν είναι κρίσιμο τι πληκτρολογείτε ως προς τη διάμετρο του εργαλείου.

Το βάθος στόχου είναι αυτός ο χρόνος -0,2mm (για περισσότερες λεπτομέρειες).

Όλες οι άλλες τιμές είναι ίδιες με αυτές για την άλεση απομόνωσης.

Κάντε κλικ στο OK.

Βήμα 12: Πάσο περιγράμματος

Τώρα θέλουμε να κόψουμε το PCB μας από το χαρτόνι επενδυμένο με χαλκό.

Επιλέξτε το εξωτερικό περίγραμμα και πληκτρολογήστε τις απαιτούμενες τιμές.

Χρησιμοποίησα ένα κομμάτι 4-φλάουτου 3mm με τροφοδοσία περίπου 400mm/min και μια βουτιά 50mm/min. Το βήμα προς τα κάτω ήταν 0,4 mm.

Κάντε κλικ στο OK.

Μεταβείτε στο CAM -> υπολογίστε όλα.

Μεταβείτε στο CAM -> εξαγωγή gcode.

Εξαγωγή κάθε λειτουργίας σε ένα μόνο αρχείο. Δεδομένου ότι κάθε λειτουργία χρειάζεται άλλο εργαλείο, είναι καλύτερο να ονομάσετε τα αρχεία μετά από το εργαλείο.

Βήμα 13: Γεώτρηση

Φορτώστε ξανά τη σελίδα για να ξεκινήσετε ένα "νέο έργο".

Ανοίξτε το αρχείο "*yourfilename*_etch_mask_bottom_mirror.svg". Μην ξεχάσετε να αλλάξετε την κλίμακα SVG σε 90ppi πριν το κάνετε!

Επιλέξτε όλες τις οπές.

Μεταβείτε στη λειτουργία CAM -> λειτουργία τρυπανιού.

Χρησιμοποίησα ένα τρυπάνι 0,8mm. Ο πίνακας μου είχε πάχος 1,5mm, οπότε για μια καθαρή τρύπα χρησιμοποίησα -2mm για το βάθος στόχου. Η απόσταση Peck πρέπει να είναι μεγαλύτερη από αυτήν την τιμή για να περάσει το τρυπάνι σε ένα μόνο πέρασμα. Χρησιμοποίησα ρυθμό βύθισης περίπου 50mm/min.

Κάντε κλικ στο κουμπί OK και όλες οι οπές εντοπίζονται αυτόματα.

Μεταβείτε στο CAM -> υπολογίστε όλα.

Εξαγάγετε τον κωδικό σας.

Βήμα 14: Προετοιμασία του μηχανήματος

Χρησιμοποιήστε μερικές λωρίδες ταινίας διπλής όψης για να κολλήσετε τη χάλκινη σανίδα επένδυσης στο χαρτόνι της μηχανής σας.

Βεβαιωθείτε ότι αυτό το τμήμα του spoilboard είναι εντελώς επίπεδο, για παράδειγμα μπορείτε να το ισοπεδώσετε με άλεση μιας τσέπης (απλώς πρέπει να έχει βάθος 0,5 mm).

Or χρησιμοποιήστε έναν αυτοεπιπεδούμενο. Για τους χρήστες GRBL αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας το chilipeppr.

Βήμα 15: Έναρξη φρεζαρίσματος…

Φορτώστε το 45-V V-Bit

Η μηδενική θέση των αρχείων gcode βρίσκεται στην κάτω αριστερή γωνία και πάνω από την επιφάνεια του αποθέματος.

Πλοηγηθείτε λοιπόν στο μηχάνημά σας στην κάτω αριστερή γωνία του αποθέματος και χαμηλώστε τον άξονα έτσι ώστε η άκρη του κομματιού να αγγίζει μόλις την επιφάνεια. Ορίστε αυτό ως μηδενική θέση και ξεκινήστε την άλεση απομόνωσης.

Βήμα 16:… γεώτρηση…

Αλλάξτε το εργαλείο σε τρυπάνι 0,8 mm και ρυθμίστε το νέο σας Z μηδέν όταν το άκρο αγγίζει την επιφάνεια. Ξεκινήστε να ανοίγετε τις τρύπες.

Βήμα 17:… χάραξη

Αλλάξτε το εργαλείο στο 20 ° V-Bit και ξεκινήστε τη λειτουργία διαδρομής παρακολούθησης για χάραξη του λογότυπου/κειμένου.

Βήμα 18: Αποκοπή

Το τελευταίο βήμα είναι να κόψετε το PCB από το υλικό αποθέματος.

Χρησιμοποιήστε τον τελικό μύλο 3 χιλιοστών και τη δεύτερη λειτουργία προφίλ για να το κάνετε αυτό.

Βήμα 19: Επιτυχία

Ορίστε με το νέο σας σπιτικό PCB!

Εάν είστε γρήγοροι (και ο σχεδιασμός σας δεν είναι πολύ περίπλοκος) μπορείτε να το κάνετε από ιδέα σε προϊόν σε λιγότερο από 1 ώρα.

Ελπίζω ότι αυτό το Σεμινάριο θα σας βοηθήσει στα έργα σας και αν θέλετε μπορείτε να με ψηφίσετε στην κορυφή αυτής της σελίδας ή εδώ. Σας ευχαριστώ!

Δεύτερο βραβείο στο μυαλό για το σχεδιασμό