3D Printed ABS PCB: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Ketika saya harus memasang tampilan 4-digit-7-segmen ke Teensy saya, saya memutuskan untuk mulai meneliti pembuatan PCB di rumah dengan cara yang mudah. Etsa tradisional cukup membosankan dan berbahaya, jadi saya segera membuangnya. Ide bagus yang pernah saya lihat adalah papan cetak 3D yang berfungsi menambahkan cat konduktif ke saluran Anda, tetapi ini tampaknya cukup tidak menentu untuk konduktivitas. Ada juga filamen konduktif khusus yang dapat Anda gunakan pada printer ekstrusi ganda, tetapi saya mencari sesuatu yang mendasar dan efektif untuk peralatan standar yang saya miliki.

Jadi saya berpikir untuk menyolder dan meletakkan komponen dan konektor secara langsung pada cetakan 3D.

Sebelum kita mulai, berhati-hatilah: kami akan mencetak dengan ABS karena dapat mengatasi +200ºC sebelum berubah bentuk (jadi kami dapat dengan hati-hati menerapkan beberapa penyolderan di atasnya). Mencetak dengan ABS tidak sesederhana dengan PLA, Anda memerlukan printer tertutup dan banyak kalibrasi pengaturan, tetapi setelah Anda melakukannya dengan benar, hasilnya akan membuat perbedaan.

Untuk menambahkan beberapa konteks, dalam contoh saya membuat PCB untuk papan wifi ESP8266 12E sehingga saya dapat dengan mudah menyambungkannya ke yang lain nanti (tujuan akhirnya adalah ke tampilan 4d7seg).

PCB akan mengizinkan saya menggunakan semua pin yang tersedia, sementara sebagian besar modul di luar sana hanya memiliki sedikit pin cadangan, atau memiliki terlalu banyak fitur tambahan yang sebenarnya tidak saya inginkan (seperti NodeMCU).

Perlengkapan

• Perangkat lunak desain PCB (KiCad di sini, gratis). Tingkat pemula.
• Perangkat lunak pemodelan 3D (Blender di sini, gratis). Tingkat pengguna.
• Printer 3D (Creality 3D Ender 3 Pro di sini, sekitar € 200). Tingkat pengguna.
• Enklosur untuk printer Anda sangat disarankan saat menggunakan ABS - Pastikan Anda berhasil mencetak ABS sebelum melanjutkan instruksi ini.
• Filamen ABS (Smartfil ABS, sekitar 20€/Kg). 3-15 gram per PCB.
• Jarum jahit (ambil saja dari ibu). Ukuran akan tergantung pada diameter pin komponen Anda. Biasanya diameter 0.5mm atau 1mm.
• Solder timah dan tukang las (sekitar € 15 dari toko lokal). Ditambah semua aksesori yang cocok untuk pengelasan: penopang tukang las, lampu, papan, pinset, kacamata pelindung, topeng… aksesori terserah pengguna, pastikan Anda merasa nyaman dan aman saat membuat!
• Banyak kesabaran, pikiran kreatif out-of-the-box dan dasar yang baik (cobalah google dan banyak belajar sebelum mendapatkan tangan Anda).

Langkah 1: Prototipe & Skema

Kecuali Anda mengikuti skema orang lain, Anda harus membangun sirkuit listrik Anda mengikuti spesifikasi pabrikan. Uji sirkuit prototipe, dan setelah Anda berhasil, buat sketsa semua koneksi dan komponen.

Setelah Anda memiliki sketsa dan Anda merasa nyaman dengan pemahaman yang jelas tentang sirkuit Anda, dapatkan detailnya dalam perangkat lunak EDA pilihan Anda. Ini akan membantu mengoptimalkan dan memverifikasi desain Anda.

Gambarkan skema Anda dan gunakan ini sebagai panduan untuk desain PCB Anda. Perangkat lunak EDA seperti Eagle atau KiCad akan memungkinkan Anda menambahkan komponen spesifik Anda, dengan pinouts dan dimensi yang realistis, sehingga Anda dapat merancang sirkuit listrik Anda dengan tepat di sekelilingnya.

Saya menggunakan KiCad, yang gratis dan cukup mudah dipahami untuk pemula. Yang saya tahu adalah terima kasih kepada Brian Benchoff @ https://hackaday.com/2016/11/17/creating-a-pcb-in… dan beberapa posting terkait, jadi ikuti panduannya untuk mendapatkan desain PCB yang bagus.

Gambar di bagian ini berhubungan dengan:

• Uji prototipe untuk ESP8266 dan tampilan 4 digit 7 segmen (terpasang pada Teensy 4).
• Diagram pengkabelan referensi untuk papan wifi ESP8266 12E.
• Skema KiCad untuk tampilan 4 digit 7 segmen yang bekerja melalui ESP8266 dan pembagi tegangan (ini adalah tujuan akhir saya).
• Hasil desain PCB KiCad.

Langkah 2: Model 3D

Setelah Anda memiliki desain PCB di atas kertas, Anda harus memberikannya lebih banyak realisme dalam perangkat lunak pemodelan 3D. Ini juga akan menyiapkan file Anda untuk printer 3D Anda. Ini adalah bagaimana saya melakukannya di Blender:

1. Buat jaring bidang dan tambahkan gambar desain PCB Anda di atasnya. Pastikan skala dan dimensinya realistis, karena ini akan berfungsi sebagai "kertas kalkir".

2. Buat komponen yang disederhanakan dengan memberikan perhatian khusus pada lokasi dan ukuran PIN yang tepat yang terhubung ke PCB Anda. Dapatkan spesifikasi pabrikan secara online atau ukur sendiri agar cukup akurat. Perhatikan beberapa peredupan standar yang dapat Anda gunakan sebagai referensi:

   1. Untuk papan gunakan pesawat. Untuk PCB satu sisi saya menggunakan ketebalan 1.5mm, karena lebih tipis dari ini saya tidak mendapatkan detail yang baik saat mencetak (ini juga tergantung pada pengaturan dan kemampuan printer Anda, tetapi kita akan membahasnya nanti). Untuk PCB dua sisi saya menggunakan ketebalan 2.5mm.
   2. Untuk pin gunakan silinder, diameter minimal 1mm agar bisa ditangkap oleh printer.

   3. Untuk saluran gunakan kubus, lebar minimum 1.2mm. Anda hanya akan mengekstrusi wajah untuk mendapatkan saluran Anda.

3. Temukan komponen Anda sesuai dengan desain PCB Anda. Jika komponen Anda cukup realistis, Anda dapat menggunakan ini untuk memeriksa bentrokan, tetapi selalu berikan ruang tambahan di sekitar setiap elemen.
4. Lacak sirkuit listrik Anda. Tempatkan jaring kubus di lokasi pin pertama. Kemudian, dalam mode edit, keluarkan wajah dalam garis lurus mengikuti desain. Sekali lagi, tetap sederhana, gunakan garis 90º dan gunakan saluran sebanyak yang Anda pertimbangkan. Selain itu, beri jarak setidaknya 0,8 mm di antara dinding atau jika tidak, akan terlewat saat mencetak. Gambar 1 di bawah menunjukkan beberapa rute yang dimodifikasi setelah pemodelan dengan dimensi nyata, karena rute yang ideal terlalu tipis untuk dibuat.
5. Buat PCB Anda dengan menambahkan kubus datar (redup seperti di atas).
6. Ukir saluran dan lubang Anda di papan dengan menambahkan pengubah boolean ke objek PCB Anda. Ini akan memotong bagian papan yang memotong objek target modifier boolean.

Gambar 3 dan 4 menunjukkan hasil akhir untuk papan ESP8266 (model 3D pada gambar 2).

Setelah ini, Anda akan melihat cetakan 3D dari PCB Anda.

Langkah terakhir adalah mengekspor model dengan benar.

1. Pastikan semua wajah mengarah ke luar ("Edit Mode - Pilih Semua" Lalu "Mesh - Normals - Hitung Ulang Luar").
2. Pastikan bahwa mereka semua adalah wajah individu ("Edit Mode - Pilih Semua" Lalu "Edge - Edge Split").--Jika Anda mengabaikan dua langkah ini, Anda mungkin menemukan detail yang hilang pada perangkat lunak Slicer Anda.--
3. Ekspor sebagai. STL ("Hanya Pilihan" untuk mengekspor hanya PCB akhir dan "Unit Adegan" untuk menjaga skala).

Langkah 3: Perangkat Lunak Pemotong

Printer 3D biasanya menyediakan perangkat lunak "Slicer" untuk memproses model 3D (dalam format.stl atau lainnya) dan menghitung rute yang diperlukan untuk mencetaknya (biasanya dalam format.gcode). Saya memiliki Creality Ender 3, dan saya belum pindah dari Creality Slicer yang disediakan, tetapi Anda dapat menerapkan pengaturan ini ke perangkat lunak lain.

Saya mendedikasikan bagian penuh untuk pengaturan alat pengiris karena sangat penting saat mencetak ABS, yang cukup rumit karena melengkung, menyusut, dan retak. Mencetak PCB juga berada dalam batas printer 3D standar karena presisi yang dibutuhkan.

Di bawah ini saya membagikan pengaturan yang saya gunakan pada Creality Slicer untuk pencetakan detail ABS dari PCB. Mereka berbeda dari pengaturan standar dalam:

• Dinding dan lapisan tipis (untuk memberikan detail yang cukup - ini mungkin memerlukan beberapa iterasi untuk hasil yang Anda inginkan, kecuali jika Anda puas dengan pengaturan saya).
• Gunakan rakit. Kuncinya ada di pangkalan, yang harus Anda perhatikan secara khusus. (Saya mengizinkan offset 10mm dari model untuk menghindari lengkungan minimal yang memengaruhi cetakan). Juga, tidak ada pemisahan antara garis rakit untuk mencapai dasar yang kokoh. Jika Anda mendapatkan basis Anda dengan benar, semuanya selesai. Jika Anda melihat sudut terlipat di pangkalan Anda, Anda pasti akan hancur.
• Kecepatan lambat. Saya menggunakan sekitar 1/4 dari kecepatan standar (ini memungkinkan peletakan filamen yang baik dan oleh karena itu lengket dan kualitas keseluruhan).
• Suhu ABS (tempat tidur: 110ºC, nosel: 230ºC)
• Kipas dinonaktifkan (disarankan untuk menjaga suhu konstan untuk ABS).

Langkah 4: Cetak

Terakhir, kirim.gcode Anda ke printer dan buat PCB Anda. Beberapa tips yang harus Anda ikuti:

1. Bungkus printer 3D Anda. Enklosur akan menjaga suhu Anda jauh lebih stabil, yang merupakan persyaratan kuat untuk pencetakan ABS. Pastikan Anda menyimpan CPU dan catu daya di luar enklosur, serta filamen Anda. Jika Anda berhasil mencetak ABS tanpa enklosur, bagikan trik Anda karena ini membuat saya gila.
2. Panaskan printer Anda sebentar. Pada PLA Anda dapat langsung mencetak, tetapi dengan ABS saran saya adalah untuk memanaskan terlebih dahulu dengan pengaturan ABS (bed: 110ºC, nozzle: 230ºC) selama 10-15 menit sehingga Anda menciptakan suasana yang tepat sebelum Anda dapat melanjutkan dan mulai mencetak.
3. Cetak perlahan tapi pasti. Seperti yang disebutkan sebelumnya, saya telah mengurangi kecepatan cetak standar menjadi 1/4 di file konfigurasi. Ini menunjukkan cukup lambat untuk mendapatkan hasil yang baik, tetapi Anda dapat mengatur kecepatan cetak saat mencetak dengan mengatur laju umpan jika Anda ingin lebih mengoptimalkannya. Perhatikan saja bahwa kecepatan tinggi akan menyebabkan gerakan yang sangat tiba-tiba yang tidak akan meletakkan filamen secara efektif atau bisa bertabrakan dengan jaring dan melepaskannya.
4. Membangun fondasi yang baik. Kunci pada ABS adalah untuk mencapai dasar yang baik. Jika pangkalan gagal dan terlepas, model hilang (lihat beberapa upaya bencana di bawah). Dengan tips di atas (penutup, pemanasan awal dan kecepatan lambat), Anda harus mendapatkan dasar yang baik dan hasil akhir yang baik. Tapi tidak seperti PLA, yang saya tinggalkan selama berjam-jam, ABS membutuhkan perhatian lebih.
5. Waspada, terutama di awal. Mengulangi hal di atas, kuncinya adalah basis. Pastikan kontur luar pertama diletakkan dengan baik. Ini akan mendorong sisa adhesi lapisan pertama. Terkadang filamen tidak langsung menempel atau terseret dari tempatnya. Anda harus segera mengetahui hal ini untuk memperbaiki perataan atau pembersihan pelat dasar. Selalu perhatikan lengkungan, jika Anda melihat sudut naik, mereka mungkin akan melepaskan seluruh alas dan merusak seluruh cetakan. Bahkan jika alasnya tetap di tempatnya, lengkungan akan membuat sudut ini berubah bentuk.

Langkah 5: Kawat dan Solder

Sekarang saatnya untuk menempatkan semuanya pada tempatnya:

1. Periksa akhir saluran dan lubang. Khusus lubang yang digunakan untuk dilewatkan atau dilapis oleh printer. Gunakan jarum jahit jika Anda perlu membuka kembali beberapa di antaranya. Tentu saja, jika Anda tidak mendapatkan cetakan datar karena melengkung, atau Anda tidak mendapatkan detail yang Anda harapkan, periksa kembali pengaturan printer Anda, atau bahkan model 3D Anda untuk dimensi.
2. Tempatkan komponen Anda. Modul, resistor, kapasitor atau led yang memiliki pin sendiri dapat dipasang dengan mudah. Anda dapat sedikit menekuk kabelnya sendiri untuk memasukkannya ke dalam saluran sehingga lebih mudah untuk mengikatnya nanti.
3. Tambahkan kawat dan solder. Gunakan pin atau jumper apa pun yang sesuai dengan saluran dan potong panjangnya sehingga Anda hanya perlu menyolder pada titik persimpangan tertentu. Kita tidak perlu menyolder semuanya, meskipun saya cenderung melakukannya saat tidak ada lampu.. Dalam kasus saya, saya harus menyambungkan semua pin ESP8266, dan di sinilah kuncinya keterampilan menyolder yang baik (yang saya tidak). Sisa papan cukup sederhana untuk dilakukan.

Langkah 6: Uji Papan Anda

Jika Anda yakin telah melakukan semuanya dengan baik, pasanglah.

Untuk prototyping saya menjalankan ESP8266 pada koneksi serial Teensy 4.

Saat melakukan tes di papan kosong, saya memuat program yang memuat waktu lokal melalui wifi. Seperti yang Anda lihat, semuanya bekerja dengan baik. Semoga Anda mendapatkan hasil yang baik juga dengan teknik ini.