3D مطبوعة ABS PCB: 6 خطوات (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

عندما وصلت إلى شاشة صغيرة مكونة من 4 أرقام و 7 مقاطع ، قررت أن أبدأ في البحث عن صنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور في المنزل بطريقة سهلة نوعًا ما. النقش التقليدي ممل وخطير للغاية ، لذا فقد تجاهلت ذلك بسرعة. من الأفكار الجيدة التي رأيتها حولك هي اللوحات المطبوعة ثلاثية الأبعاد التي تعمل على إضافة طلاء موصل إلى قنواتك ، ولكن هذا يبدو غير منتظم تمامًا بالنسبة للتوصيل. هناك أيضًا خيوط موصلة خاصة يمكنك استخدامها في طابعة بثق مزدوجة ، لكنني أبحث عن شيء أساسي وفعال للمعدات القياسية التي أمتلكها.

لذلك فكرت في اللحام المباشر ووضع المكونات والموصلات على المطبوعات ثلاثية الأبعاد.

قبل أن نبدأ ، كن حذرًا: سنقوم بالطباعة باستخدام ABS حيث يمكنها التعامل مع + 200 درجة مئوية قبل تشويهها (حتى نتمكن من تطبيق بعض اللحام عليها بعناية). الطباعة باستخدام ABS ليست بسيطة كما هي مع PLA ، فأنت بحاجة إلى طابعة مغلقة والعديد من معايرة الإعدادات ولكن بمجرد أن تحصل على هذا بشكل صحيح ، فإن النتيجة تحدث فرقًا.

لإضافة بعض السياق ، في الأمثلة ، أقوم بإنشاء PCB للوحة ESP8266 12E wifi حتى يمكنني توصيلها بسهولة بأي شيء آخر لاحقًا (الهدف النهائي هو عرض 4d7seg).

سيسمح لي PCB باستخدام جميع المسامير المتاحة ، بينما تحتوي معظم الوحدات على عدد قليل جدًا من المسامير الاحتياطية ، أو تحتوي على العديد من الميزات الإضافية التي لا أريدها حقًا (مثل NodeMCU).

اللوازم

• برنامج تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور (KiCad هنا ، مجاني). مستوى المبتدئين.
• برنامج النمذجة ثلاثية الأبعاد (Blender هنا ، مجانًا). مستوى المستخدم.
• طابعة ثلاثية الأبعاد (Creality 3D Ender 3 Pro هنا ، حوالي 200 يورو). مستوى المستخدم.
• يوصى بشدة باستخدام حاوية للطابعة عند استخدام ABS - تأكد من أنه يمكنك طباعة ABS بنجاح قبل متابعة هذا التوجيه.
• خيوط ABS (Smartfil ABS ، حوالي 20 يورو / كجم). 3-15 جرام لكل ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
• إبر الخياطة (فقط أحضرها من أمي). سيعتمد الحجم على قطر دبابيس المكونات الخاصة بك. عادة 0.5 مم أو 1 مم بقطر.
• لحام القصدير ولحام (حوالي 15 يورو من متجر محلي). بالإضافة إلى جميع الملحقات المناسبة للحام: دعامة لحام ، مصباح ، لوحة ، ملاقط ، نظارات واقية ، قناع … الملحقات متروكة للمستخدم ، فقط تأكد من أنك تشعر بالراحة والأمان أثناء التصنيع!
• الكثير من الصبر والعقل الإبداعي والأساس الجيد (حاول البحث في google وادرس كثيرًا قبل أن تحصل على يديك).

الخطوة 1: النموذج الأولي والتخطيطي

ما لم تكن تتبع مخططًا لشخص آخر ، يجب عليك بناء دائرتك الكهربائية وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة. اختبر نموذجًا أوليًا لدائرة كهربائية ، وبمجرد تشغيلها ، ارسم جميع التوصيلات والمكونات.

بمجرد أن يكون لديك رسم وتشعر بالراحة مع فهم واضح لدارتك ، احصل عليها بالتفصيل في برنامج EDA المفضل لديك. سيساعد هذا في تحسين تصميمك والتحقق منه.

ارسم مخططك واستخدمه كدليل لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور. سيتيح لك برنامج EDA مثل Eagle أو KiCad إضافة مكوناتك المحددة ، بمسامير وأبعاد واقعية ، حتى تتمكن من تصميم دائرتك الكهربائية حولها بدقة.

أنا أستخدم KiCad ، وهو مجاني وسهل بما يكفي لفهمه كمبتدئ. كل ما أعرفه هو بفضل Brian Benchoff @ https://hackaday.com/2016/11/17/creating-a-pcb-in… وبعض المنشورات ذات الصلة ، لذا اتبع إرشاداته حتى ينتهي بك الأمر بتصميم PCB جميل.

تتعلق الصور في هذا القسم بما يلي:

• اختبار النموذج الأولي لـ ESP8266 وشاشة عرض مكونة من 4 أرقام مكونة من 7 أرقام (مرفقة بـ Teensy 4).
• مخطط الأسلاك المرجعي للوحة ESP8266 12E wifi.
• مخطط KiCad لشاشة عرض مكونة من 4 أرقام مكونة من 7 أجزاء تعمل من خلال ESP8266 ومقسم الجهد (هذا هو هدفي النهائي).
• إخراج تصميم KiCad ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

الخطوة 2: نموذج ثلاثي الأبعاد

بمجرد أن يكون لديك تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور على الورق ، يجب أن تمنحه مزيدًا من الواقعية في برنامج النمذجة ثلاثية الأبعاد. سيؤدي هذا أيضًا إلى تجهيز ملفك للطابعة ثلاثية الأبعاد. هذه هي الطريقة التي أفعلها في Blender:

1. قم بإنشاء شبكة مستوية وأضف صورة تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور فوقها. تأكد من أن المقياس والأبعاد واقعية ، لأن هذا سيكون بمثابة "ورقة تتبع".

2. قم بإنشاء مكونات مبسطة مع إيلاء اهتمام خاص للموقع الدقيق وحجم PINS الذي يتصل بـ PCB الخاص بك. احصل على مواصفات الشركة المصنعة عبر الإنترنت أو قم بقياسها بنفسك للحصول عليها دقيقة بما فيه الكفاية. لاحظ بعض التعتيم القياسي الذي يمكنك استخدامه كمرجع:

   1. بالنسبة للوحات ، استخدم الطائرات. بالنسبة إلى ثنائي الفينيل متعدد الكلور أحادي الجانب ، أستخدم سمكًا يبلغ 1.5 مم ، نظرًا لأن أرق من ذلك لم أحصل على تفاصيل جيدة عند الطباعة (يرجع ذلك أيضًا إلى إعدادات الطابعة وقدراتها ، لكننا سننزل إلى ذلك لاحقًا). بالنسبة لثنائي الفينيل متعدد الكلور على الوجهين ، استخدمت سمك 2.5 مم.
   2. بالنسبة إلى المسامير ، استخدم الأسطوانات ، بقطر 1 مم على الأقل من أجل التقاطها بواسطة الطابعة.
   3. بالنسبة للقنوات ، استخدم المكعبات ، بعرض 1.2 مم على الأقل. سوف تقوم فقط ببثق الوجوه من أجل الحصول على قنواتك.
3. حدد موقع مكوناتك وفقًا لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاص بك. إذا كانت مكوناتك واقعية بما فيه الكفاية ، فيمكنك استخدام هذا للتحقق من وجود تعارضات ، ولكن مع السماح دائمًا بمساحة إضافية حول كل عنصر.
4. تتبع الدائرة الكهربائية الخاصة بك. ضع شبكة مكعب في موقع الدبوس الأول. ثم ، في وضع التحرير ، قم ببثق الوجوه في خط مستقيم باتباع التصميم. مرة أخرى ، اجعل الأمر بسيطًا ، باستخدام 90 سطراً واستخدم العديد من القنوات التي تراها. أيضًا ، اترك مسافة لا تقل عن 0.8 مم بين الجدران وإلا سيتم تفويتها عند الطباعة. توضح الصورة 1 أدناه بعض المسارات المعدلة بعد النمذجة بأبعاد حقيقية ، حيث كان المسار المثالي رفيعًا جدًا بحيث لا يمكن تحقيقه.
5. قم بإنشاء PCB الخاص بك عن طريق إضافة مكعب مسطح (يخفت على النحو الوارد أعلاه).
6. حفر القنوات والثقوب الخاصة بك على السبورة عن طريق إضافة معدّلات منطقية إلى كائن PCB الخاص بك. سيؤدي هذا إلى قص جزء اللوحة الذي يتقاطع مع الكائن الهدف للمعدِّل المنطقي.

تظهر الصورتان 3 و 4 النتيجة النهائية للوحة ESP8266 (نموذج ثلاثي الأبعاد في الصورة 2).

بعد ذلك ، سترى طباعة ثلاثية الأبعاد لثنائي الفينيل متعدد الكلور.

الخطوة الأخيرة هي تصدير النموذج بشكل صحيح.

1. تأكد من أن جميع الوجوه تشير إلى الخارج ("وضع التحرير - تحديد الكل" ثم "شبكة - عادي - إعادة الحساب بالخارج").
2. تأكد من أنها كلها وجوه فردية ("وضع التحرير - حدد الكل" ثم "حافة - انقسام الحافة"). - إذا حذفت هاتين الخطوتين ، فقد تجد التفاصيل المفقودة في برنامج Slicer الخاص بك. -
3. تصدير بتنسيق. STL ("التحديد فقط" لتصدير PCB النهائي و "وحدات المشهد" للاحتفاظ بمقياس الأشياء).

الخطوة 3: برنامج التقطيع

توفر الطابعات ثلاثية الأبعاد عادةً برنامج "Slicer" لمعالجة النماذج ثلاثية الأبعاد (بتنسيق.stl أو تنسيقات أخرى) وحساب المسار الضروري لطباعته (بتنسيق gcode. عادةً). لدي Creality Ender 3 ، ولم أتحرك من Creality Slicer المقدم ، ولكن يمكنك تطبيق هذه الإعدادات على أي برنامج آخر.

أقوم بتخصيص قسم كامل لإعدادات تقطيع الشرائح لأنها مهمة جدًا عند طباعة ABS ، وهو أمر صعب للغاية بسبب الالتواء والانكماش والتشقق. تعد طباعة PCB أيضًا في حدود الطابعات ثلاثية الأبعاد القياسية نظرًا للدقة المطلوبة.

أدناه أشارك الإعدادات التي أستخدمها في Creality Slicer لطباعة ABS التفصيلية لثنائي الفينيل متعدد الكلور. تختلف عن الإعدادات القياسية في:

• جدران وطبقات رقيقة (لتوفير تفاصيل كافية - قد يتطلب ذلك تكرارين للنتيجة المرجوة ، إلا إذا كنت سعيدًا بإعداداتي).
• استخدم طوفًا. المفتاح موجود في القاعدة ، والتي يجب أن تهتم بها بشكل خاص. (أسمح بإزاحة 10 مم من النموذج لتجنب أي تشوه بسيط من التأثير على الطباعة). أيضًا ، لا توجد فواصل بين خطوط الطوافة لتحقيق قاعدة صلبة جيدة. إذا حصلت على قاعدتك بشكل صحيح ، فسيتم كل شيء. إذا رأيت أي زوايا قابلة للطي في قاعدتك ، فمن المؤكد أنك محكوم عليك.
• سرعة بطيئة. أنا أستخدم حوالي 1/4 من السرعة القياسية (وهذا يسمح بوضع خيوط جيد وبالتالي الالتصاق والجودة الشاملة).
• درجات حرارة ABS (السرير: 110 درجة مئوية ، الفوهة: 230 درجة مئوية)
• المروحة معطلة (موصى بها للحفاظ على درجة حرارة ثابتة لـ ABS).

الخطوة 4: طباعة

أخيرًا ، أرسل كود gcode الخاص بك إلى الطابعة وقم بتصنيع PCB. بعض النصائح التي يجب اتباعها:

1. غلف الطابعة ثلاثية الأبعاد الخاصة بك. ستحافظ العلبة على درجة حرارتك أكثر استقرارًا ، وهو مطلب قوي لطباعة ABS. تأكد من الاحتفاظ بوحدة المعالجة المركزية ومصدر الطاقة خارج العلبة ، وكذلك الفتيل الخاص بك. إذا تمكنت من طباعة ABS بدون حاوية ، فيرجى مشاركة خدعتك لأنها دفعتني إلى الجنون.
2. سخن الطابعة لفترة من الوقت. على PLA ، يمكنك الطباعة على الفور ، ولكن مع نظام ABS ، نصيحتي هي التسخين المسبق باستخدام إعدادات ABS (السرير: 110 درجة مئوية ، فوهة: 230 درجة مئوية) لمدة 10-15 دقيقة حتى تتمكن من خلق الجو المناسب قبل أن تتمكن من المضي قدمًا وبدء الطباعة.
3. اطبع ببطء ولكن بثبات. كما ذكرنا سابقًا ، قمت بتخفيض سرعة الطباعة القياسية إلى 1/4 في ملف التكوين. يظهر هذا بطيئًا بدرجة كافية للحصول على نتيجة جيدة ، ولكن يمكنك إدارة سرعة الطباعة أثناء الطباعة من خلال تنظيم معدل التغذية إذا كنت ترغب في تحسينه أكثر قليلاً. فقط لاحظ أن السرعات العالية ستؤدي إلى حركات مفاجئة جدًا والتي لن تؤدي إلى وضع الفتيل بشكل فعال أو يمكن أن تصطدم بالشبكة وتفصلها.
4. بناء أساس جيد. المفتاح في ABS هو تحقيق قاعدة ثابتة بشكل جيد. إذا فشلت القاعدة وتفككت ، فقد اختفى النموذج (انظر بعض المحاولات الكارثية أدناه). باستخدام النصائح أعلاه (التغليف والتسخين المسبق والسرعة البطيئة) ، يجب أن تحصل على قاعدة جيدة ونهاية جيدة. ولكن على عكس جيش التحرير الشعبى الصينى ، الذى تركته دون رقابة لساعات ، يحتاج نظام ABS إلى مزيد من الاهتمام.
5. كن يقظًا ، خاصة في البداية. بتكرار ما سبق ، المفتاح هو الأساس. تأكد من وضع المحيط الخارجي الأول جيدًا. سيؤدي ذلك إلى دفع بقية الطبقة الأولى من الالتصاق. في بعض الأحيان ، لا يلتصق الخيط على الفور أو يُسحب من مكانه. يجب أن تكتشف هذا قريبًا بما يكفي لتصحيح أي تسوية أو تنظيف للوحة القاعدة. احترس دائمًا من الالتواء ، إذا رأيت الزوايا ترتفع ، فمن المحتمل أن ينتهي بها الأمر بفك القاعدة بأكملها وإفساد الطباعة بأكملها. حتى إذا بقيت القاعدة في مكانها ، فإن الالتواء سيجعل هذه الزاوية مشوهة.

الخطوة 5: الأسلاك واللحام

حان الوقت الآن لوضع كل شيء في مكانه:

1. تحقق من نهاية القنوات والثقوب. ثقوب خاصة يجب أن تفوتها الطابعة أو تغلفها. استخدم إبرة خياطة إذا كنت بحاجة إلى إعادة فتح بعضها. بالطبع ، إذا لم تحصل على طباعة مسطحة بسبب الالتواء ، أو لم تحصل على التفاصيل التي توقعتها ، تحقق جيدًا من إعدادات الطابعة ، أو حتى النموذج ثلاثي الأبعاد الخاص بك للأبعاد.
2. ضع مكوناتك. يمكن وضع الوحدات أو المقاومات أو المكثفات أو المصابيح التي لها دبابيس خاصة بها بسهولة. يمكنك ثني الأسلاك الخاصة بهم قليلاً لإدخالها في القنوات حتى يسهل ربطها لاحقًا.
3. أضف الأسلاك واللحام. استخدم أي دبابيس أو وصلات عبور تتناسب مع القناة وقم بقصها بالطول بحيث تحتاج فقط إلى اللحام عند نقاط تقاطع محددة. لا ينبغي أن نحتاج إلى لحام كل شيء ، على الرغم من أنني أميل إلى القيام بذلك عندما لا تضيء الأشياء.. في حالتي ، اضطررت إلى توصيل جميع دبابيس ESP8266 ، وهذا هو المكان الذي كان من الضروري مهارات لحام جيدة (وهو ما لا أفعله). كان عمل باقي اللوحة بسيطًا جدًا.

الخطوة 6: اختبر منتداك

إذا كنت واثقًا من أنك فعلت كل شيء على ما يرام ، فقم بتوصيله.

للنماذج الأولية ، أقوم بتشغيل ESP8266 على الاتصال التسلسلي Teensy 4.

أثناء إجراء الاختبارات على اللوحة العارية ، قمت بتحميل برنامج تم تحميله بالتوقيت المحلي عبر wifi. كما ترى كان كل شيء يعمل بشكل جيد. آمل أن تكون قد حصلت على نتيجة جيدة أيضًا مع هذه التقنية.