Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
MetalworkMetalwork
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Drukarka / naświetlarka laserowa do PCB

piotrek_bogdan 10 Mar 2016 02:23 23643 70
  • Drukarka / naświetlarka laserowa do PCB
    *Na wstępie chciałem wyjaśnić, że drukarka nie drukuje płytek drukowanych, a jedynie naświetla światłoczułą powierzchnię. Każdy, kto próbował wykonywać płytki drukowane w domu słyszał o metodzie fotochemicznej. W skrócie metoda ta polega na naświetlaniu światłem UV płytki PCB pokrytej światłoczułą farbą przez kliszę ze wzorem płytki. Naświetlone fragmenty farby są następnie zmywane wywoływaczem i wytrawiane w kwasie. Metoda ta pozwala uzyskać bardzo dobrą rozdzielczość, niestety wymaga dostępu do drukarki laserowej i naświetlarki. Ponieważ nie mam ani drukarki laserowej, ani naświetlarki, postanowiłem zbudować coś, co zastąpi te obydwie rzeczy. Dlatego chciałem dzisiaj przedstawić projekt drukarki, która bezpośrednio naświetla laserem mozaikę ścieżek na płytce.
    Pomysł ten nie jest nowy, można znaleźć w Internecie kilka projektów ludzi, którzy próbowali wykonać podobne cuda. Kilka osób próbowało doczepić laser UV do maszyny CNC lub drukarki 3D. Kilka zaś przerobiło lub wykorzystało części z drukarek laserowych. Ja skupiłem się raczej na wykonaniu czegoś prostego mechanicznie w niskiej cenie i z łatwo dostępnych elementów.

    Drukarka / naświetlarka laserowa do PCB Drukarka / naświetlarka laserowa do PCB

    Przedstawiona drukarka drukuje mozaikę ścieżek z bitmapy podobnie jak tradycyjna drukarka, co zapewnia dosyć dużą kompatybilność, gdyż większość programów do projektowania płytek pozwala na wyeksportowanie dowolnej rozdzielczości bitmapy. W przedstawianej drukarce laser pokrywa całą powierzchnię płytki linia po linii. Jak można sobie wyobrazić - aby uzyskać przyzwoitą rozdzielczość, laser musi wykonać dużą ilość przelotów nad płytką, co z kolei wymaga dużej prędkości ruchu, aby płytka była wydrukowana w przyzwoitym czasie. To z kolei stawia duże wymagania sterownikowi lasera.


    Link


    Od strony mechanicznej drukarka składa się z dwóch osi ruchu: jednej szybkiej w postaci obrotowego ramienia z laserem i drugiej liniowej prowadnicy, która wolno przesuwa pierwszą oś po powierzchni płytki. Obie osie są napędzane silnikami krokowymi. Od strony elektronicznej całość jest oparta o komputer Raspberry PI. Jest to związane z prostotą napisanie programu do czytania bitmap i obliczeń. O wykorzystaniu Raspberry Pi przesądził też jego szybki SPI. Program w Raspberry Pi wczytuje obraz płytki i wykonuje kinematyczne obliczenia mapujące pixele na trajektorie lasera (który porusza się po okręgu). Wygenerowana sekwencji impulsów lasera jest wypluwana bezpośrednio na port SPI. Sygnał ten następnie wędruje bezpośrednio do sterownika lasera, w którym jedynym cyfrowym układem jest jeden przerzutnik typu D. Reszta sterownika lasera to szybki wzmacniacz operacyjny i jeden tranzystor wyjściowy. Tu warto wspomnieć, że laser wykorzystany w tej drukarce to Sony SLD3234 125mW 405nm. Laser ten jest produkowany do nagrywarek Blu-ray. Jest on zamocowany w taniej chińskiej obudowie z soczewką. Aby laser znalazł się w odpowiednim czasie w odpowiednim miejscu sygnał zegarowy z SPI jest równocześnie przesyłany na wejście zegarowe ATmegi328. Atmega następnie generuje sygnały dla silników. Sygnały te są przetwarzane przez parę driverów DRV8825. Jak można sobie wyobrazić -rozdzielczość krokowa silnika sterującego ramieniem jest niewystarczająca, jednak przy założeniu stałej prędkości obrotowej jest możliwa interpolacja jego położenia w czasie.

    Drukarka / naświetlarka laserowa do PCB Drukarka / naświetlarka laserowa do PCB

    Drukarka jest w pełni funkcjonalna. Jedynym mankamentem jest, mimo wszelkich starań, dość długi czas drukowania. Wydrukowanie płytki 10x6cm zajmuje ok. 40 minut. Drukarka jest dość cicha i autonomiczna, więc po rozpoczęciu drukowania można ją zostawić i iść zrobić sobie kawę. Wydruk jest trochę zafalowany, co widać na zdjęciach, lecz nie sprawia to żadnego problemu w hobbistycznych zastosowaniach. Myślałem już nad kilkoma sposobami przyspieszenia drukowania, ale jak na razie nie jest to dla mnie priorytetem. Jak można sobie wyobrazić najwięcej czasu trwa rozpędzanie i hamowanie ramienia. Można by pomyśleć nad rozwiązaniem spotykanym w drukarkach laserowych, gdzie występuje obrotowy bęben z lusterkami, który kręcąc się z stałą prędkością odchyla wiązkę lasera. Jednak w takim rozwiązaniu to pozycja lustra nakazuje, kiedy dane mają być wysłane do lasera. Co znowu jest niewykonalne z Raspberry Pi, bo system operacyjny nie jest wstanie wysyłać danych na żądanie z taką dokładnością. Więc na razie zostaję z tym, co mam.
    Ostatnio zastanawiałem się też nad komercyjną wartością takiej drukarki. Myślicie, że znalazłby się ktoś wśród was, kto skusiłby się na takie urządzenie do swojego warsztatu, gdyby było dostępne w przystępnej cenie?
    Zapraszam do komentowania.

    Drukarka / naświetlarka laserowa do PCB Drukarka / naświetlarka laserowa do PCB Drukarka / naświetlarka laserowa do PCB

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    piotrek_bogdan
    Poziom 11  
    Offline 
    piotrek_bogdan napisał 13 postów o ocenie 179, pomógł 0 razy. Mieszka w mieście Kraków. Jest z nami od 2008 roku.
  • MetalworkMetalwork
  • #2
    krzysztofh
    Poziom 29  
    Projekt ciekawy, nawet przyzwoicie wykonany, ale mało praktyczny.
    40 minut dal tak małej płytki to trudny do zaakceptowania czas, wynikający z technologii.
    Kiedyś zrobiłem naświetlarkę (dostępną na tym forum), która naświetlała płytkę lampą UV zamontowaną na wózku skanera. Z resztą cała naświetlarka była wykonana z wykorzystaniem starego skanera.
    Projekt okazał się nietrafiony, bo czas naświetlania zamiast 1,5 minuty wydłużał się do ok 40 minut. Musiałem przeliczyć ruchy powrotne lampy na efektywny cas naświetlania.
    Naświetlarka rozpoznawała położenie pcb, ale i tak ten czas był za długi (jak dla mnie). Poza tym, co by nie powiedzieć, dość głośna praca skanera też mnie wkurzała.
    W przypadku typowej naświetlarki wielkość płytki nie ma znaczenia dla czasu naświetlania, bo naświetlana jest cała powierzchnia.

    Tak się zastanawiam, jak byś odwrócił sytuację i pcb zamontował na obrotowym talerzu i zsynchronizował go z wiązką lasera, z pewnością byłoby szybciej.
  • #3
    OldSkull
    Poziom 27  
    A ja bym powiedział, że 40 minut w urządzeniu bezobsługowym na 0.6dm2 (czyli trochę ponad godzina na dm2) to nie problem. Można ustawić od razu panel z kilkoma płytkami i iść robić coś innego. Precyzja też spoko, 5mils bym się bał, ale 8mils już spoko.
    Mam inne pytania:
    1. czy próbowałeś robić płytki dwustronne?
    2. Czy próbowałeś wycinać coś w tworzywach sztucznych?
    3. Czy próbowałeś wycinać otwory w laminacie?
  • #4
    Galareta
    Poziom 22  
    Wycinać i wiercić tym sie napewno nie da;-) maskę sie powinno dać utwardzać;-)
  • #6
    _JAG_
    Poziom 15  
    Nurtuje mnie jedna sprawa - czy nie można do tego celu wykorzystać układu lasera z drukarki laserowej?
    Widziałem taka starą maszynę, która miała obrotowe lustro.
    Taki układ wymagałby tylko 1 osi napędzanej i oczywiście lustra obrotowego.
    Czy to znacznie nie przyspieszyło by pracy?

    Drukarka / naświetlarka laserowa do PCB

    Po chwili szperania znalazłem odpowiedź i gotowy projekt:
    http://www.das-labor.org/wiki/LaserExposer

    Drukarka / naświetlarka laserowa do PCB


    Link
  • MetalworkMetalwork
  • #8
    piotrek_bogdan
    Poziom 11  
    Odnośnie możliwości, to drukarka powinna potrafić robić płytki dwustronne i utwardzać soldermaskę. Jedynym problemem w obu tych przypadkach jest ponowne umieszczenie płytki w tym samym miejscu w drukarce. Jak na razie trzeba robić to na oko co może powodować lekkie przesunięcia.
    Drukarka do której wysłał link dv nie jest dużo szybsza, widać że jedno przejście nad płytką jest porównywalne z moją. Jeśli jest szybsza w drukowaniu całości to prawdopodobnie tylko dlatego że drukuje w mniejszej rozdzielczości. Ja też teoretycznie mógłbym zmniejszyć skupienie lasera i drukować dwa razy mniej linijek i płytka mogła by być skończona w połowie czasu. Jak na razie drukuje z rozdzielczością ok 1200dpi ale mogę też tą wartość zwiększyć kosztem wydłużenia czasu drukowania.
    Kolejnym ważnym aspektem w przyśpieszaniu jest moc diody laserowej. Płytka musi też być naświetlona z odpowiednią mocą, która spada kiedy skracam długość wydruku. W linku do projektu który wysłał _JAG_ widać że konstruktor używa 1 Watowej diody. Podejrzewam że jest to właśnie spowodowane tym zjawiskiem. Warto dodać że koszt takiej diody prawdopodobnie przewyższa kosz całej mojej drukarki. Nawet w tym momencie dioda której używam (125mW) jest jednym z najdroższych elementów.
    Sam chciałem na początku wykonać drukarkę z organizacją jak w drukarce laserowej. Jednak trzeba wszystkie te lustra i soczewki jakoś zdobyć bo zrobienie ich graniczy z cudem. Równocześnie trzeba też pamiętać o problemie synchronizacji , w mojej drukarce Rasperry Pi rozkazuje kiedy kolejna linijka ma być narysowana i reszta układów musi się podporządkować. W konfiguracji z obrotowym lustrem to pozycja lustra determinuje kiedy wysłać dane więc wysyłanie ich z Pi odpada i jednocześnie ilość danych wyklucza popularne mikrokontrolery ze względu na małą pamięć SRAM.
  • #9
    ArturAVS
    Moderator HydePark/Samochody
    Bardziej przypomina mi ploter. Z głowicą optyczną.

    Takie urządzenia są stosowane m/in do produkcji klisz do naświetlania.

    Od kilku lat stosuję laminaty fabrycznie pokryte emulsją światłoczułą,
    głównie firmy Bungard.

    I też myślałem nad tym, żeby taką naświetlarkę zrobić (UV).
    Laserówka na której drukuję klisze, ma swoje fochy.

    A takie rozwiązanie jak Kolegi projekt jest sensowne.
    1 milsa nigdy nie dało się zrobić na kliszy z laserówki.
  • #11
    malpek
    Poziom 18  
    Bardzo ciekawe urządzenie. Ciekawe jakby urządzenie pracowało, jeśli ramie wykonywało by pełny obrót jak w zegarach widmowych. Wtedy nie marnowany byłby czas na hamowanie i rozpędzanie ramienia.
  • #12
    hebis
    Poziom 19  
    To jeszcze z innej beczki, ile byś chciał za gotową drukarkę?
  • #13
    piotrek_bogdan
    Poziom 11  
    hebis napisał:
    To jeszcze z innej beczki, ile byś chciał za gotową drukarkę?


    W tej formie projekt jest daleko od gotowego produktu. Najdroższym elementem tej drukarki jest Raspberry Pi i laser. Poza tym nie ma w niej nic specjalnie drogiego. Myślę że jakbym miał zrobić jakąś większą ilość to można by spróbować sprzedawać ją w granicy od 500 do 1000 złotych. Myślałem też żeby sprzedawać coś w stylu zestawu do samodzielnego montażu i wtenczas można by spróbować zejść poniżej tego. Wydaje mi się że jest to dobra cena porównując ją do gotowych naświetlarek PCB na popularnych portalach aukcyjnych.
  • #14
    Tommy82
    Poziom 40  
    A jak by rozwinąć pomysł z góry i drukować na 4 głowice na obrotowym krzyżaku.
    Układ sterowania na górze silnik odwrócony ro znaczy stojan kręcił by się z układem wtedy starczyły by szczotki do podania zasilania. W zasadzie można by nawet dać inny silnik ale wtedy trzeba by popracować nad synchronizacją ale to da się zrobić. Do tego jeszcze tylko płytka na posuwie pod spodem i układ może robic tyle rpm jak będzie dobrze wyważony ile kto chce. Wraz ze wzrostem rozmiarów urządzenia linia nad płytką będzie dążyła do prostej. \
    Stosując cały układ wykonawczy z DVD (nie mechaniczny oczywiście) można by zrobić jakiś układ pozycjonowania głowicy w locie.

    Pomysł na licencji Tommy82.11
    Co oznacza w razie produkcji seryjnej (5-50 szt) jeden model dla mnie i dobry leżakowany destylat do tego, powyżej 50 szt destylat od sztuki ;)
    Wykorzystanie samej licencji i pochodnych do 50 szt gratis powyżej 1 dobry leżakowany destylat ;P
  • #15
    Lord Volt
    Poziom 2  
    Maszyna miód malina. Ode mnie chapeau bas i garść pytań.
    Silnik sterujący ramieniem to silnik krokowy?
    Jaki był koszt obudowy lasera? Zmieści się tam dioda w obudowie TO-18, jeśli można poproszę o namiary na te obudowę.
    Mógłby kolega przybliżyć jak działa program sterujący? (chodzi mi o obliczenia kinematyki, tzn. czy to jest zrealizowane w ten sposób, że współrzędne ramienia w funkcji kąta są przyrównywane ze współrzędnymi z mapy bitowej i w zależności od tego czy piksel jest czarny to włączany jest laser?)
    Przeciwwaga ramienia śrubami była konieczna? Zwiększa to moment bezwładności, przez co ciężej wyhamować.
  • #16
    krzysztofh
    Poziom 29  
    Gdyby zapewnić liniowy posuw lasera to jeszcze, ale tak mamy na pcb nierówne krawędzie.
    Taką maszynkę można porównać do robienia pcb na frezarce CNC. Można, tylko po co.
    Jakości foto i małego rastra się nie uzyska.
    W tym projekcie czas na naświetlanie pcb należy porównać z czasem poświęconym na wydrukowanie projektu na folii, kalce itp., ewentualne zaczernienie wydruku w oparach acetonu i naświetlenie na naświetlarce. Reszta to ta sama robota, więc zachwytu nie ma.
    Robienie płytek dwustronnych też jest pewnym wyzwaniem.
  • #17
    Tomekob
    Poziom 14  
    Dla mnie projekt super. Pewnie, że widać niedoskonałości, ale to dopiero początek. Czytając wasze komentarze/sugestie można wymyślić coś lepszego i to jest fajne. Wielkie brawa dla autora za zmierzenie się z problemem który jest mocno nie popularny a znalezienie pomocnych informacji to tez nie lada osiągnięcie.
    Większość używa żelazka, co bardziej ambitni laminatu foto wiec nic odkrywczego, bazują na dokonaniach innych.
    Wyżej wspomniane było o oparach acetonu, polecam dużo prostszą i bardzo skuteczną metodę Link dla mnie to rewelacja.
    piotrek_bogdan nie wiem jakie twoja drukarka ma fochy ale moja "małpa" rozciąga wydruk 50 mm nie zawsze jest równe 50 mm dla tego będę uważnie śledził rozwój tego pomysłu może uda się wypracować coś super bez zniekształceń, a czas 40 min to niewielka przeszkoda. Wydrukowanie zwykła drukarką, przygotowanie lampy i naświetlenie wcale szybciej nie wychodzi.
  • #18
    krzysztofh
    Poziom 29  
    Tomekob napisał:

    nie wiem jakie twoja drukarka ma fochy ale moja "małpa" rozciąga wydruk 50 mm nie zawsze jest równe 50 mm dla tego będę uważnie śledził rozwój tego pomysłu


    Chyba chodziło ci o 5mm. To i tak dużo. Jeżeli drukujesz na folii to się czasem zdarza przy dużych formatkach i zastosowaniu niewłaściwej folii, np folii do drukarek atramentowych.
    Też tak miałem, ale błąd nie był większy niż 1,5 -2mm i zawsze tylko w jednym kierunku.
    Spróbuj drukować na kalce technicznej, a zobaczysz różnicę.
    Błąd do 1mm na długości 10cm jest akceptowalny, o ile mamy do czynienia z płytkami jednostronnymi. Prz dwustronnych to już problem.
  • #19
    Tomekob
    Poziom 14  
    No właśnie jest to dla mnie problem ponieważ chodzi o płytki dwustronne i niestety 1mm to już bardzo dużo nie pokrywają się przelotki. Z tym 50mm to taki przykład, że wydrukowana płytka o długości boku 50mm jest czasem 49.5mm a czasem 50.5mm tak mniej więcej. Przy płytkach jednostronnych można "przymrużyć" oko, ale dla dwustronnych to problem, jak napisałem wyżej rozlatują się przelotki i wspólne dla obu warstw pola lutownicze. Drukuję na kalce technicznej.
  • #21
    Tomekob
    Poziom 14  
    Wyżnej napisałem tak. :D
    Cytat:
    Drukuję na kalce technicznej.
  • #23
    Tomekob
    Poziom 14  
    Tak coś nie halo z drukarką a że stara już jest HP LaserJet 5p to inna sprawa. Jak wydrukuję jedna płytkę na całym arkuszu A4 i druga w tym samym miejscu na nowym arkuszu to jest jako tako. Tylko jak robię przelotki 50 milsów i otór 0.4mm to "jako tako" mnie nie zadowala. :cry:
  • #24
    Użytkownik usunął konto
    Poziom 1  
  • #25
    Tomekob
    Poziom 14  
    Dzięki za podpowiedź, ale nie chce mi się już z nią walczyć. Kiedyś próbowałem podkręcić jej zaczernienie wydruków i strasznie wkurzało mnie rozgrzebywanie obudowy żeby dostać się do środka. Niestety obudowa jest tak dziwne poskręcana, że nie można uruchomić częściowo rozebranej drukarki, więc wszelkie eksperymenty są mocno utrudnione.
    Wiążę duże nadzieję w związku z poruszonym tematem w wątku może nie bede musiał męczyć się już z moją drukarką.
  • #27
    krzysiek71
    Poziom 13  
    Witam szanowne grono.
    Jak z któryś kolegów napisał,że widzi krzywiznę to muszę potwierdzić iż jest ona wyraźnie widoczna.
    Nie wiem może jest to jakieś złudzenie.
    Jeśli moderator pozwoli to zmieszczę link do drukareczki laserowej która według mnie ma naprawdę niezłe osiągi.
    https://www.youtube.com/watch?v=4SNkzoOvoD8
    Na końcu filmu widać z jaką dokładnością wychodzą płytki.
    Jest też gdzieś w sieci druga wersja tej drukarki,naświetla w dwie strony tzn.dioda jest włączana jest "na powrocie" wózka co bardzo zmniejsza czas naświetlenia płytki.
    Pozdrawiam.
  • #28
    Sofeicz
    Poziom 18  
    Jeżeli już ktoś decyduje się na wykorzystanie mechanizmu drukarki laserowej do naświetlania emulsji, to polecałbym patent z drukarek OKI.
    Nie jest to typowy laser ale linijka miniaturowych diod naświetlająca całą linią od razu w wysokiej rozdzielczości.
    Nic się nie rusza. Idealne rozwiązanie
    Drukarka / naświetlarka laserowa do PCB
    Należałoby tylko zdobyć specyfikację sterowania takiej linijki diodowej.
    Całe drukarki z serii B są do kupienia za 100-150 zł
  • #30
    Sofeicz
    Poziom 18  
    dondu napisał:
    Mam dwie takie linijki, ale kiedyś szukałem dokumentacji i nie znalazłem. Leżą w piwnicy :)

    Ja mam dwie nieużywane drukarki kolorowe OKI czyli razem 8 linijek.

    Ale właściwie nic nie trzeba by znajdować tylko zmodyfikować podawanie papieru na podawanie płytek.
    I naświetlarka gotowa