|
|
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
|
|
