Мой опыт засвета фоторезиста на фотополимерном 3D-принтере

Disclaimer 0: не забывайте пользоваться средствами индивидуальной защиты.

Disclaimer 1: данная статья является не инструкцией или обучающим материалом, а всего лишь описанием моего похода по граблям, поэтому и находится в личных дневниках.

Disclaimer 2: пока что попробовал делать односторонние платы; двухсторонние платы и защитная маска - как-нибудь потом.

Disclaimer 3: в статье участвовал 3D-принтер Anycubic Photon Mono 2.

Disclaimer 4: печать фотополимером на текстолите не рассматривал как таковую, и не собирался.

Доброго всем дня.

Имею смелость предположить, что среди 3D-печатников есть немалая доля самодельщиков-радиолюбителей, да таких что сами делают печатные платы. И у каждого есть свой предпочитаемый способ изготовления плат, одним из которых является использование фоторезистивной плёнки (фоторезиста). Суть способа: выборочный засвет участков предварительно нанесённой на фольгированный текстолит светочувствительной плёнки, с последующим проявлением рисунка и травлением платы. Засвет фоторезиста можно осуществлять разными способами:

1. при помощи УФ лампы и печатного шаблона;
2. через дисплей фотополимерного 3D-принтера;
3. чпу гравером с УФ лазером.

О третьем способе знаю только понаслышке, и больше упоминать о нём буду.

Первыми двумя я уже пользовался, и далее только они пойдут в сравнении. Нанесение фоторезиста и его проявка в обоих случаях одинаковы, различие будет в подготовке шаблона, его позиционировании на плате и экспонировании. Время экспонирования тоже скорее всего будет отличаться.

Калибровка времени экспонирования.

Прежде чем впервые экспонировать готовую плату, нужно сначала подобрать время экспозиции. Описывать подбор времени для печатного шаблона нет смысла - про это и так полно информации в интернете. Для фотополимерника же на скорую руку накидал простенькую модель, состоящую из одинаковых групп элементов. При этом каждая группа имеет свою толщину от 0,2 до 1,1 мм. В настройках слайсера выставил толщину слоя 0,1 мм, время засвета слоя - 5 секунд (получился диапазон от 10 до 55 секунд), слои подложки убрал вовсе. На фоторезисте Ordyl alfa 350 у меня получилась такая картина (с небольшим рукопопием местами):

Более-менее нормальный результат получился в диапазоне 20-40 секунд.

Подготовка шаблона.

Важно: Никогда не забывайте о правильной ориентации шаблонов на сторонах будущей платы.

С печатным фотошаблоном всё просто (ну, или почти просто): печатаем негативный шаблон прямо из CAD'а принтером на специальной прозрачной плёнке, при необходимости - черним. А необходимость время от времени возникает, особенно для больших затемнённых заливок и/или для несвежего перезаправленного картриджа.

В случае фотополимерного принтера физический фотошаблон не нужен. Но в этом и сложность - слайсер Anycubic'а категорически не понимает файлы разметки платы (в моём случае из программы DipTrace). Даже больше: в отличии от Курицы (Cura), он и файлы растровых картинок не воспринимает.

Для начала попробовал решить проблему в лоб - нарисовать ручками в программе для 3D-моделирования. Уже на этапе расстановки контактных площадок стала понятна чрезмерная трудозатратность такого способа. От варианта с превращением dxf-файла в 3D-модель отказался сразу и по той же причине.

В статье на Хабре был найден вариант с онлайн-сервисом pcbprint для перевода гербер-файла в файл *.photon, понятный фотополимернику, или в png, или в pdf. Разработчик сервиса обитает на радиокоте. Казалось бы, загнал один файл, получил другой, радуйся. Ан нет, мой фотополимерник эти файлы не видит, слайсер тоже открыть не может. К тому же разрешение - 2560х1440, что меньше чем у фотона 2.

Там же на Хабре было упоминание об UVTools. Здесь тоже есть об этой программе статья от Crossraccoo, и гораздо подробнее чем на Хабре. Вот с этим инструментом у меня таки получилось задуманное, но обо всём по порядку.

Сначала в DipTrace'е создал pdf-файл с разметкой платы. Тоже негативный.

UVTools векторную графику не кушает, ему растровую подавай. Поэтому полученный pdf'ник в Corel'е экспортировал в png с разрешением своего 3D-принтера, что крайне важно. Разрешение определил просто: длину дюйма в миллиметрах (25,4 мм) поделил на размер пикселя (0,035 мм), получилось почти 726 dpi. Единственная (и незначительная) проблема - Corel создаёт png с размером по высоте в 297,43 мм, и в таком виде в UVTools не залезает. Видимо, что-то не так делаю. :(

Не беда, это легко обрезается даже в Paint'е. Вот теперь файл готов для преобразования.

UVTools, кстати, довольно капризный инструмент, хорошо хоть достаточно легковесный. Как бы ни хотелось, не стоит открывать подготовленный png-файл так, как советует надпись «"File -> Open" to load a file in», мило красующаяся посреди экрана. В противном случае станут недоступными пункты меню с конвертацией и с настройками печати.

Так что, по совету Crossraccoo, пользуемся стартовым проектом UVTools.

Первым делом убрал слои подложки и настроил время засвета слоя в меню "Tools -> Edit print parameters".

Затем выбрал разрешение и размер дисплея в меню "Tools -> Change print resolution". Эти параметры можно вбить вручную, а можно выбрать из списка "Machine presets" внизу окна. При выборе из списка уберите галочку из "Resize layers..." чтобы UVTools не ругался.

Замечание: ширина области печати Anycubic Photon Mono 2 в предустановках UVTools и на сайте того же магазина Лидер значится 89,6 мм, на сайте Anycubic'а десятых долей нет, а в слайсере Anycubic'а и руководстве принтера - 89,1 мм. Кому будем верить?

Далее через меню "Actions -> Import layers" (справа вверху) открыл окно с добавлением слоёв печати. В нём добавил отредактированный png-файл с заменой слоя и удалением нередактированных слоёв.

В этом же окне можно добавить файл несколько раз для получения нескольких слоёв, а можно клонировать слой через "Actions -> Clone layers". Клонирование слоёв отлично подойдёт для изготовления нескольких одинаковых плат.

Больше никаких манипуляций не делал - сразу отправил в преобразование через ""File -> Convert to ->...". Результат на всякий случай глянул в слайсере и закинул на флэшку. Попутно сделал ещё один такой же файл, но с большим временем засвета для позиционирования платы.

Вопрос на засыпку: какое максимальное время засвета можно выставить без ущерба для принтера? В слайсере и руководстве рекомендуемое время для слоёв подложки - 25 секунд.

По идее должно хватить одного слоя с подобранным временем, но мне не понравилось как полученный файл выглядит в слайсере, поэтому сделал два слоя с половинным временем. Но это всё мои тараканы я-так-видящего художника.

Не смотря на столь громоздкое описание, времени затрачивается немного и оно сравнимо с подготовкой физического шаблона вместе с чернением и обрезкой в размер.

Позиционирование фотошаблона на плате.

С физическим фотошаблоном всё просто: положил правильно на текстолит со стороны фоторезиста, накрыл стеклом и закрепил получившийся бутерброд. Если руки не совсем уж кривые, то можно легко собрать бутерброд для двухсторонней платы.

В случае фотополимерника всё сложнее - нельзя просто так положить плату на светящийся шаблон, нужно сделать упор по двум соседним сторонам. И пока что никакой вменяемой системы позиционирования я не пробовал делать. В качестве временного решения были две перпендикулярно положенные и чуть прижатые линейки (нижняя тонкая металлическая, верхняя - какая попалась). Фотографии этого непотребства не будет.

Для выставления линеек на места запускал в работу файл с долгим временем работы экрана и руками аккуратно поправлял положение линеек, глядя на дисплей через защитные очки. В идеале это надо делать через камеру.

НЕ ЗАБЫВАЙТЕ ПРО ЗАЩИТНЫЕ ОЧКИ, УЛЬТРАФИОЛЕТ ДАЖЕ БЛИЖНЕГО ДИАПАЗОНА ОПАСЕН ДЛЯ ЗРЕНИЯ!

Важно: если делаете плату с полным удалением неиспользуемой меди, то нужно сделать рамку по краю платы, чтобы было видно куда класть заготовку платы.

Как быть с двухсторонними платами пока не знаю, ещё не заморачивался настолько. Скорее всего нужны будут отверстия для позиционирования.

Экспонирование фоторезиста.

Ничего сложного, от слова совсем.

а) Бутерброд с печатным фотошаблоном положил под лампу, включил, когда надо - выключил, готово к дальнейшим действиям по проявке.

б) Заготовку на экран положил, печать запустил, отсветилось - можно снимать и готовить к проявке.

Важно: прижимать заготовку к дисплею нет необходимости, достаточно того чтобы она на нём нормально лежала. Ради интереса засветил на дисплее обрезки фоторезистивной плёнки, рисунок проступил читаемо даже на участках, нависающих в нескольких миллиметрах над экраном.

Замечание 1: В спешке можно случайно положить неправильно положить заготовку на экран. Если заметить это при включении засвета дисплея, то у вас есть 1-2 секунды на реакцию, иначе фоторезист успеет засветиться. У меня уже один раз получилось успеть убрать с экрана вовремя.

Замечание 2: Привет от UVTools - попробуй угадать нужный файл по превью.

Замечание 3: Ожидаемое время печати файла, подготовленного UVTools, не соответствует действительности.

Итоги.

У меня всё получилось с хорошим результатом, несмотря на некоторые подводные камни.

Но всё равно есть ещё над чем поломать голову. Надо сделать что-нибудь для позиционирования заготовки на экране. Надо научится делать защитную на плате, а то материал лежит без дела. Надо понять как лучше делать двухстороннюю плату.

Плюсы такого метода засветки:

- не нужно печатать фотошаблон, а значит не нужно искать прозрачную плёнку для печати;

- не нужно беспокоиться о паразитной засветке через плохо чернёный тонер;

- когда нужны большие незасвечиваемые полигоны, то проблем с ними не возникает;

- печать нескольких отдельных одинаковых плат с одного шаблона немного быстрее.

Минусы:

- нужен фотополимерный 3D-принтер;

- нужно приспособление для позиционирования заготовки на дисплее;

- сравнимый с форматом А4 фотополимерник будет совсем не бюджетным;

- (возможно) сложности с позиционированием двухсторонней платы.

На этом пока что всё. Всем удачи и до скорого.