Кремень FMZ Реклама
Kremen FMHM Реклама

Засветка фоторезиста на 3D принтере лазерной указкой

SergeyR7
Идет загрузка
Загрузка
15.07.2020
24985
89
Применение

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

50
Статья относится к принтерам:
Flying Bear P905

Засветка фоторезиста на 3D принтере лазерной указкой

Была уже аналогичная статья. Решил повторить тоже самое, но уже с лазерной указкой, т.к. мощности должно хватить для засветки фоторезиста. Лазерную указку не ломал, а добавил “обвес”, чтобы её можно было использовать как указку, сняв всё добавленное. 

Для засветки фоторезиста взял УФ лазерную указку (405 нм 5 мВт) - интересно было проверить, хватит ли мощности для засветки фоторезиста? Почему-то подозреваю, что мощность указки выше заявленной, но как проверить - не знаю. 


Крепление лазерного модуля 

Крепится указка к каретке принтера на защёлке в паз под линейный подшипник. Сама указка выглядит так:

Засветка фоторезиста на 3D принтере лазерной указкой

Засветка фоторезиста на 3D принтере лазерной указкой

Крепление сразу сделал с перегородками, в которых есть отверстия для ограничения выходной апертуры. В перегородках отверстия сделал диаметром 1 мм - после печати крепления, рассверлил сверлом. Но ещё необходимо уменьшить толщину перегородок в области отверстия, т.к. наблюдается отражение от внутренних стенок отверстий. Как вариант - рассверлить большим сверлом, сделав фаску вокруг отверстий. 

На лазерной указке увеличил выходное отверстие так, чтобы можно было регулировать фокусное расстояние не разбирая указки. Это единственная необратимая “доработка” указки. Выставил фокусное расстояние примерно 10 см, чтобы не ловить миллиметры на коротком фокусе. Фокусное расстояние определял по листу бумаги, направив луч вдоль листа: 

Засветка фоторезиста на 3D принтере лазерной указкой

Остальные доработки - крепление DC/DC преобразователя вместо батареек и зажимание кнопки в нажатом положении. Тоже без повреждений для указки. 

Засветка фоторезиста на 3D принтере лазерной указкой

При подключении к выходу управления вентилятором добавил диод VD1, т.к. на выходе FAN висит светодиод с резистором и они “подтягивают” напряжение до 8 В в выключенном состоянии, а для указки нужно максимум 3 В. Диоды поставил 1N5819. VD2 поставил для защиты лазерного модуля от обратного напряжения, хотя его там может и не быть. В смысле, и обратного напряжения и диода VD2. 

Засветка фоторезиста на 3D принтере лазерной указкой

Батарейки заменил на DC/DC преобразователь с установленным напряжением на выходе 3,0 В. Можно было бы упростить схему подключения лазерной указки, но у меня это должно работать от 24 В и потребляемый ток при питании от батареек примерно 150 мА. Поэтому линейный преобразователь не стал ставить, а DC/DC преобразователь на MP1584 включается с задержкой примерно 10 мс и при выключении указка будет светить несколько мс.  

Из документации на MP1584: 

Засветка фоторезиста на 3D принтере лазерной указкой

Учитывая, что сама указка включается не сразу, т.к. там тоже DC/DC преобразователь используется, добавлять ещё 10 мс не хочется - проверять не стал, но это может повлиять на засветку фоторезиста из-за задержки включения/выключения лазера.

Вся электроника крепится на лазерном модуле, закручиваясь вместо колпачка с батарейками. Да, может быть это будет кому полезно - батарейки вставляются плюсом в колпачок, а минусом прижимается к лазерному модулю (инструкции к этой указке я не нашёл и пришлось гадать как правильно вставить батарейки). Плюс питания идёт по корпусу лазерной указки - при установке на принтер, корпус указки не должен касаться металлических частей принтера! 

Подготовка платы к засветке на 3D принтере

Плату делал в Delta Design, объединение Gerber-файлов в один слой делал там же в модуле DeltaCAM. Подготовку G-кода делал в FlatCAM, но без последующего изменения кода руками. Выяснилось, что FlatCAM не поддерживает отверстия в апертурах - это сильно бы упростило подготовку Gerber-файла для платы, т.к. хотелось добавить отверстия на площадках под последующую сверловку. Изменить апертуру не сложно, если нужно добавить только круглое отверстие - это поддерживается Gerber форматом. Но не все программы поддерживают эти отверстия (FlatCAM 8.993 Beta - не поддерживает), и в итоге, всё зависит от САПР, в котором вы делаете платы. 

Теперь по порядку. Есть гербер файл для платы - его открываем в FlatCAM, появляется проект с этим файлом. Предполагается, что плата размещена в координате 0,0. Для засветки на принтере нужно сместить плату в рабочую область лазера - в моём случае, нужно сместить на 27 мм по оси X. Смещение платы можно сделать в FlatCAM применив “Offset”. Следующий этап - необходимо выполнить расчёт геометрии для этого Gerber файла. Выделяем в проекте только что загруженный файл и переходим на закладку “Selected”, нажимаем кнопку “Isolation Routing”, где уже настраиваем параметры для расчёта геометрии обхода лазером: 

Засветка фоторезиста на 3D принтере лазерной указкой

Для меня не сразу было понятно назначение знака у диаметра инструмента. Как выяснилось, если диаметр инструмента положительный, то будет “вырезано” всё вокруг дорожек на плате, а если диаметр отрицательный, то “вырезаются” сами дорожки. Для фоторезиста это означает, что засвечивать - в первом случае, засвечивается пространство между дорожек, во втором случае, засвечиваются дорожки, т.е. где медь должна остаться. Тут я затрудняюсь сказать, что считать негативом, а что позитивом, использовал фоторезист МПФ-ВЩ 50 - для него диаметр инструмента ставить отрицательный (засвечиваем где медь должна остаться).  

Для своей платы поставил диаметр инструмента -0,15 мм, проходов (Passes) 80 и перекрытие (Overlap) 70 % и поставил “галку” в поле Combine, чтобы все проходы объединились в один файл. Нажимаем “Generate Isolation Geometry” и после расчёта переходим к следующему шагу. Да, чуть не забыл - количество проходов - это сколько раз пройти по контуру с указанным перекрытием. Если мало проходов, то на больших площадях будут пустоты, т.е. программа прекратит “заполнение” при достижении заданного количество проходов. 

Следующий этап - настройка генерации выходного G-кода. Чтобы ручками не править генерируемый GCode, здесь в настройках сначала выбираем Preprocessor - и указываем для какой прошивки нужно сгенерить код. У меня Marlin - выбираю Marlin_laser_FAN_pin, т.е. управление лазером через разъём вентилятора обдува модели.  

Засветка фоторезиста на 3D принтере лазерной указкой

После выбора препроцессора, меняются параметры для настройки. Тут указываем фокусное расстояние - у меня 32 мм, т.к. модуль установлен выше нуля на 70 мм, но эта настройка не попадает в выходной файл, поэтому перед засветкой выставляем стол принтера на нужную высоту самостоятельно. Скорость перемещения по X-Y с включённым лазером выставляется в мм/мин. Для лазерной указки и отверстием 1 мм было достаточно 300 мм/мин. Скорость перемещения с выключенным лазером (Feedrate Rapids) оставил 1500 мм/мин. Мощность лазера выставляем 100 %, т.к. указка либо включена, либо выключена и в режиме ШИМ она может не заработать, точнее, работать будет, но мощность не будет пропорциональна ШИМ. 

Засветка фоторезиста на 3D принтере лазерной указкой

Есть ещё параметр End move Z - куда установить инструмент (голову принтера) после завершения засветки фоторезиста. Ставлю на фокусное расстояние, чтобы не забыть его вернуть на нужное значение. Осталось сгенерить G-код нажав кнопку “Generate CNCJob object”. В следующем окне выбираем “Save CNC Code” и получаем правильный и готовый G-код для засветки фоторезиста.

Пробная “печать” платы

Перед печатью выставляем платформу на фокусное расстояние лазера, проверить работу лазера можно командами M106 / M107. Размещаем заготовку платы с фоторезистом в нужном месте и запускаем сгенерённый файл. После засветки и травления получается нормальная плата. Шаг выводов на микросхеме 0,65 мм (корпус TSSOP-20):Засветка фоторезиста на 3D принтере лазерной указкой

Засветка фоторезиста на 3D принтере лазерной указкой

При скорости движения лазера 300 мм/мин - плата засвечивалась примерно 20 минут. Учитывая, что луч лазера проходит через отверстие диаметром 1 мм, при его прямоугольной форме перед первым отверстием 2х4 мм, можно увеличить это отверстие до 2 мм, тогда мощность засветки увеличится, что позволит ещё немного ускорить процесс засветки. Ещё не пробовал засвечивать без обрезки луча отверстиями, переделаю крепление - попробую. Новое крепление необходимо для более надёжной фиксации лазерного модуля, т.к. на скорости перемещения без засветки 1500 мм/мин лазерный модуль сместился и это было видно по результату засветки фоторезиста. Рамка по периметру платы раздвоилась, где видно один проход луча - это его реальная толщина.Засветка фоторезиста на 3D принтере лазерной указкой

Настройки ширины инструмента, перекрытия и скорости обхода нужно будет ещё подбирать до оптимального решения.

3D модели первого варианта крепления лазерной указки на принтер Flyingbear P905 выложил здесь.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

50
Комментарии к статье