Image Message Author Date Reply

Испытания и модификация лазерного модуля

alex 09.07.2018 12:51:19
Цель приобретения мной фрезеровочного станка / гравера – изготовление радиоэлектронных устройств. А именно: печатных плат, корпусов, элементов крепления и простых механических узлов. Идея единого цикла обработки печатной платы выглядела весьма заманчиво. Что такое единый цикл? Для тех, кто занимается радиоэлектроникой в качестве хобби, достаточно следующих основных операций: - реализация трассировки токопроводящих дорожек; - сверловка отверстий под радиоэлектронные элементы, переходных отверстий; - обрезка; - нанесение технологических надписей; Т.к. производство осуществляется на одном станке, работающем в своей системе координат, все эти операции возможно выполнить с высокой степенью точности. Токопроводящие дорожки платы можно получать методом механического удаления проводника - медной фольги. Многие радиолюбители делают это с помощью фрезеровочных ЧПУ-станков. Но в таком методе есть сложности – желательно снимать токопроводящее покрытие, минимально повреждая материал самой платы. При типовой толщине фольги в 15 – 30 мкм, это не так-то просто. Платы имеют неравномерность толщины, значительно превышающую эти показатели. Кроме того, платы могут быть изогнутыми изначально а также могут изгибаться при механических воздействиях (той же фрезой). Значит становится критически важным точное и жесткое закрепление платы на столе. На профессиональных станках этого добиваются вакуумным прижимом, но нам о таком приходится только мечтать. Еще негативный фактор такого метода – подбор и безопасная эксплуатация инструмента. Современные печатные платы имеют толщину зазоров до 0.2 мм. Это значит, что мы должны подобрать фрезу меньшего рабочего диаметра. А для таких фрез необходимы профессиональные шпиндели с прецизионными патронами и минимальным биением. А еще – операторы станков, разработчики управляющих программ (т.е. мы с вами : )) должны быть безупречными! Поэтому я выбрал другой подход: формирование проводников платы методом травления платы с предварительно нанесенной маской из светочувствительной пленки (фоторезиста). Технология проста и её использует большое количество радиолюбителей. На металлизированный слой наклеивается пленка, которая засвечивается ультрафиолетом через маску с рисунком трассировки. Не засвеченные участки потом растворяется в растворе щелочи и оголяют медный слой для последующего воздействия травящего вещества. Но в отличие от засветки через маску, я решил засвечивать фоторезист лучом ультрафиолетового лазера. Это как раз и позволит совместить все операции цикла без нудного масштабирования, подгонки отверстий к центрам контактных площадок и т.п. Этот способ придумал не я и им уже уверенно пользуются многие радиолюбители. Однако их опыт применить не так-то просто, из-за особенностей станков, лазерных модулей, программ управления и многих других индивидуальных факторов. Итак, станок CNC1310 вполне удовлетворял моим идеалистическим представлениям. alex 31.07.2018 10:33:03
Т.к. засветка фоторезиста не требует высоких энергий, решено было заказать в комплекте со станком самый маломощный лазер из предлагаемых продавцами. Параметры: 500mW, 405nm. alex 31.07.2018 10:33:50
Первый тест проведен на опытном образце, представляющим собой пластину алюминия с наклеенным фоторезистом. Управляющая траектория сформирована программой «Генератор G-кода» (о ней я упомянул в обзоре GRBL-совместимого софта) и представляет собой последовательный векторный «обход» лучом всех дорожек и контактных площадок. Мощность лазера – минимально возможная (1/256 от номинальной). Результат – неудовлетворительный : ( Многие проводники «слиплись» особенно в местах резких поворотов дорожки. alex 31.07.2018 10:34:12
Последующие тесты проводились на стикерах из термобумаги, обычно применяемых для маркировки товаров. Второй тест – нанесение рисунка печатной платы растровым, а не векторным методом. Мощность минимальная. Результат – неудовлетворительный. Проводники приобрели змееподобный вид, края зазубрены, отверстия неровные. alex 31.07.2018 10:37:00
Третий тест – нанесение рисунка печатной платы растровым методом, но с односторонним рабочим направлением (станок отводит влево лазер на максимальной скорости без его включения. Вправо лазер движется на номинальной скорости и выжигает точки/линии в нужных местах). Мощность минимальная. Результат – чуть лучше (нет змеевидности) но рисунок смещен вправо, отверстия почти «залиты». Подозрение: лазер имеет послесвечение! Т.е. после спада питающего напряжения, излучение исчезает не мгновенно, а продолжается какие-то доли секунды. Это может быть следствием наличия паразитной ёмкости или реального конденсатора в драйвере лазера. Возможно дело в особенности схемы подключения маломощного лазерного модуля, не имеющего специального входа управления (так называемого TTL-входа, т.е. совместимого с транзисторно-транзисторной логикой). Такая схема предусматривает всего два провода, по которым подается напряжение питания. Чтобы получить четкие контрастные границы прожига, нужно добиться крутых фронтов и спадов тока на полюсах лазерного диода. А как это сделать, если на этой же линии питания «висит» не только встроенный драйвер управления, но и мотор охлаждающего вентилятора? (!) alex 31.07.2018 10:37:46
Идея: заменить драйвер лазера на TTL-управляемый вариант. Хорошо, что станок CNC1310 имеет два варианта подключения лазера (с TTL и без TTL). Цена вопроса – ниже статистической погрешности. Но проблема в размерах – новый драйвер не поместится внутрь корпуса модуля. Придется прятать его в том же корпусе, куда я поместил Arduino-shield. Риск – длинный провод от драйвера до диода может стать причиной электромагнитных наводок, угрожающих диоду. Принимаю риск, провода делаю минимально возможной длины и помещаю в экранирующую оплетку. alex 31.07.2018 10:38:36
Следующий тест с нанесением растрового изображения на термочувствительный стикер: результат удовлетворительный. alex 31.07.2018 10:39:02
Тест с нанесением векторной трассировки на фоторезисте: результат отличный (на фото видны дефекты, типа обрывов проводников, но это вследствие небрежности при подготовке поверхности пластины и в наклейке пленки). Итак, лазер для производства печатных плат настроен. Следующая статья по этой теме коснется совмещения операций единого цикла. alex 31.07.2018 10:39:29
Page 1 of 1