Проектирование печатных плат и фрезерование изоляции с использованием только бесплатного программного обеспечения: 19 шагов (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

В этом руководстве я покажу вам, как спроектировать и изготовить свои собственные печатные платы, исключительно с использованием бесплатного программного обеспечения, которое работает как в Windows, так и на Mac.

Вещи, которые нужно:

• компьютер с подключением к интернету
• фрезерный станок с ЧПУ, чем точнее, тем лучше
• 45 ° / 20 ° V-образный бит
• Сверло 0,8 мм
• Концевая фреза 3 мм
• плакированная медью доска
• двусторонний скотч

Шаг 1. Получите программное обеспечение

Вам потребуется следующее программное обеспечение:

• Fritzing
• Inkscape
• Makercam

Переходите по ссылкам, скачайте и установите программное обеспечение на свой компьютер. Makercam не нужно загружать / устанавливать, поскольку он запускается прямо в вашем браузере.

Шаг 2: Проектирование во фрицинге

Запустите Fritzing и начните новый набросок.

Перейдите в вид макета, щелкнув вкладку макета в верхней части окна.

Справа находится ваша библиотека деталей, выберите компоненты, которые вы хотите включить в схему, и перетащите их в окно макета. Убедитесь, что детали имеют желаемые характеристики, такие как распиновка, стоимость и размер. Вы можете изменить эти переменные выбранного компонента в Инспекторе в правом нижнем углу экрана.

В этом примере я делаю схему, которая использует Arduino Nano для переключения реле на 12 В. Для этого мне нужен транзистор с резистором к базе, а также улавливающий диод, параллельный катушке реле, и две винтовые клеммы.

Соединения / провода между компонентами выполняются щелчком и перетаскиванием ножки / вывода компонента. Точки изгиба проводов можно создать, щелкнув и перетащив провод внутри провода.

Сделайте все необходимые соединения на настоящей макетной плате, чтобы схема работала.

Шаг 3: схематический вид

Теперь перейдите к схематическому виду.

Вы увидите электрическую схему со всеми вашими компонентами и их подключениями. Наведите порядок, перетащив компоненты в разумном порядке и щелкнув и перетащив пунктирные линии соединения, чтобы они не пересекались.

Шаг 4: вид печатной платы

Перейдите в PCB View.

Перетащите компоненты в разумном порядке. Хорошее практическое правило - размещать компоненты с наибольшим количеством выводов в центре, а другие компоненты - вокруг. Постарайтесь получить компактную раздачу.

Детали автоматически привязываются к сетке, которую вы видите на заднем плане. Чтобы изменить размер сетки, перейдите в Вид -> Установить размер сетки.

Шаг 5: автотрассировка

Нажмите Routing -> Autorouter / DRC settings и выберите пользовательский тип продукции. Теперь вы можете установить ширину дорожки на желаемую толщину в зависимости от вашего станка / концевой фрезы / схемы. Я использовал 48мил. Щелкните "ОК".

Выберите серый прямоугольник (PCB Board) и в Инспекторе измените раскрывающийся список слоев на «один слой (односторонний)».

Теперь нажмите кнопку Autoroute в нижней части окна, и пусть компьютер сделает всю работу по маршрутизации!

Шаг 6: еще немного маршрутизации

Когда автотрассировка завершена, приведите в порядок следы, щелкая и перетаскивая их точки изгиба. Щелкните правой кнопкой мыши точку изгиба и выберите «Удалить точку изгиба», чтобы удалить ее.

Иногда возникают соединения, которые автотрассировщик не может маршрутизировать. Вы должны проложить их вручную, щелкнув и перетащив пунктирные соединительные линии. Используйте перемычки из библиотеки деталей для перепрыгивания следов, которые вы иначе могли бы пересечь.

Вы также можете добавить текст / логотипы, которые будут отображаться в медной маске, перетащив «Шелкографическое изображение» или «Шелкографический текст» из библиотеки на свою доску. Выберите свой логотип и в разделе «Инспектор» в раскрывающемся меню «Размещение - слой печатной платы» выберите «медное дно». вы также можете загрузить свои собственные файлы.svg, щелкнув «загрузить файл изображения» в инспекторе.

Шаг 7: проверьте свою схему

Если вы думаете, что готовы с маршрутизацией, нажмите Routing -> Design Rules Check для автоматической проверки вашего творения на пропущенные соединения / перекрывающиеся или пересекающиеся трассы.

Попробуйте устранить все ошибки и повторять DRC, пока не исчезнут проблемы. Дизайн готов!

Экспортируйте свою печатную плату в виде файлов.svg, щелкнув внизу «Экспорт для печатной платы». Щелкните маленькую стрелку на кнопке «Экспорт» и выберите «Etchable (SVG)».

Вы получите кучу файлов svg, экспортированных в выбранный вами каталог, но мы будем использовать только два из них:

• * yourfilename * _etch_copper_bottom_mirror.svg
• * yourfilename * _etch_mask_bottom_mirror.svg

Все остальные файлы можно удалить.

Шаг 8: Inkscape

Откройте * yourfilename * _etch_copper_bottom_mirror.svg в Inkscape, выберите все и несколько раз нажмите ctrl + shift + g, пока все не разгруппируется.

Выберите вид -> режим отображения -> контур. Теперь вы будете видеть только векторы без заливки и обводки.

Выделите все следы и перейдите в Path -> Stroke to Path.

Выделите все следы и перейдите в Path -> Union.

Сохранить.

Теперь файл готов для CAM!

Другой.svg, который мы экспортировали из fritzing, не нужно обрабатывать в Inkscape.

Шаг 9: Makercam

Откройте браузер и перейдите на сайт makercam.com.

Перейдите в меню «Правка» -> «Изменить настройки» и измените разрешение импорта SVG по умолчанию на 90 пикселей на дюйм.

Перейдите в Файл -> Открыть файл SVG, перейдите в свой каталог и выберите файл «* yourfilename * _etch_copper_bottom_mirror.svg».

Шаг 10: изоляционное фрезерование

Выделите все ваши следы (но не внутренние круги контактов) и перейдите в CAM -> profile operation.

Если ваше ЧПУ основано на GRBL, вы можете сделать все CAM в makercam в имперских единицах (см. Здесь для получения дополнительной информации). Поэтому вам нужно преобразовать все миллиметры в дюймы, прежде чем вводить их.

Если вы используете V-образный бит 45 ° с наконечником 0,2 мм для процесса фрезерования изоляции и погружаетесь на 0,25 мм в материал, эффективный диаметр инструмента на поверхности вашей плакированной медью платы составляет 0,39 мм. Это преобразуется в 0,015354331 дюйм, Ура!

Как было сказано, мы хотим углубиться в плату на 0,25 мм, поэтому в качестве целевой глубины мы набираем -0,0098425197 дюймов. Значение понижения должно быть больше, чтобы резак проходил за один проход.

Я обнаружил, что скорость подачи 150 мм / мин и скорость погружения 50 мм / мин хорошо работают на моем станке.

Щелкните ОК.

Шаг 11: логотип

Выделите логотип / текст и перейдите в CAM -> следовать по пути.

Для большей детализации в логотипе я использовал V-образный бит 20 ° 0,2 мм. Поскольку при этой операции центр вашего фрезы следует траекториям (в отличие от операции с профилем, когда «кромка» фрезы следует траектории), неважно, что вы вводите для диаметра инструмента.

Целевая глубина на этот раз -0,2 мм (подробнее).

Все остальные значения такие же, как для изоляционного фрезерования.

Щелкните ОК.

Шаг 12: контурный проход

Теперь мы хотим вырезать нашу печатную плату из стандартной платы, покрытой медью.

Выберите внешний контур и введите требуемые значения.

Я использовал 3-миллиметровую коронку с 4 зубьями с подачей около 400 мм / мин и глубиной погружения 50 мм / мин. Шаг вниз составил 0,4 мм.

Щелкните ОК.

Зайдите в CAM -> вычислить все.

Перейдите в CAM -> экспорт gcode.

Экспортируйте каждую операцию в один файл. Поскольку для каждой операции нужен другой инструмент, лучше всего называть файлы в честь этого инструмента.

Шаг 13: сверление

Перезагрузите страницу, чтобы начать «новый проект».

Откройте файл «* yourfilename * _etch_mask_bottom_mirror.svg». Не забудьте перед этим изменить масштабирование SVG на 90 пикселей на дюйм!

Выделите все отверстия.

Перейдите в CAM -> сверление.

Я использовал сверло 0,8 мм. Моя доска была толщиной 1,5 мм, поэтому для чистого отверстия я использовал целевую глубину -2 мм. Расстояние клевания должно быть больше, чем это значение, чтобы сверло могло пройти за один проход. Я использовал скорость погружения около 50 мм / мин.

Нажмите OK, и все дыры будут обнаружены автоматически.

Зайдите в CAM -> вычислить все.

Экспортируйте свой gcode.

Шаг 14: Подготовка машины

Используйте несколько полос двустороннего скотча, чтобы приклеить обшитую медью доску к спойлборду вашей машины.

Убедитесь, что эта часть спойлборда полностью выровнена, например, вы можете выровнять ее, фрезеровав в ней карман (глубина которого должна быть всего 0,5 мм).

Или воспользуйтесь авторегулятором. Для пользователей GRBL это можно сделать с помощью chilipeppr.

Шаг 15: Начать фрезерование…

Загрузите 45 ° V-Bit

Нулевое расположение файлов gcode находится в нижнем левом углу и наверху поверхности заготовки.

Поэтому подведите станок к нижнему левому углу ложи и опустите шпиндель так, чтобы кончик фрезы едва касался поверхности. Установите это как нулевое положение и начните фрезерование изоляции.

Шаг 16:… сверление…

Замените инструмент на сверло 0,8 мм и установите новый ноль Z, когда наконечник касается поверхности. Начните сверлить отверстия.

Шаг 17:… гравировка

Измените инструмент на 20 ° V-Bit и запустите операцию следования по траектории для гравировки логотипа / текста.

Шаг 18: вырезать

Последний шаг - вырезать печатную плату из исходного материала.

Для этого используйте концевую фрезу 3 мм и вторую профильную операцию.

Шаг 19: Успех

Итак, ваша новая самодельная печатная плата!

Если вы работаете быстро (и ваш дизайн не слишком сложен), вы можете перейти от идеи к продукту менее чем за 1 час.

Я надеюсь, что это руководство поможет вам в ваших проектах, и если вы хотите, вы можете проголосовать за меня вверху этой страницы или здесь. Спасибо!

Вторая премия в области дизайна