Засветка фоторезиста на 3D принтере лазерной указкой

SergeyR7
Идет загрузка
Загрузка
15.07.2020
7802
55
печатает на Flyingbear P905
Применение

Подпишитесь на автора

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

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

38
Статья относится к принтерам:
Flyingbear P905

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:

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: 

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

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. 

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: 

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: 

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.  

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. 

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):

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.

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 постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

38
Комментарии к статье

Комментарии

15.07.2020 в 12:43
1

Длина волны сильно критична для лазера?


vdm
15.07.2020 в 13:12
1

Для лазера не знаю, а для фоторезиста МПФ-ВЩ 50 написано что эффективный спектр от 320 до 420 нм. На самой лазерной указке написано 405 нм +- 10 нм

vdm
16.07.2020 в 18:55
1

пользую синий лазер с длинной больше 450 и все норм, ток нужно мощности поболее, так как там присутствует немного ультрофиолета 

24.07.2020 в 15:30
0

Кто вам сказал, что в лазере 450 нм может присутствовать ультрафиолет? Это не реально. У него одна узкая линия спектра - синяя, и всё. Даже у синего светодиода спектр не доходит до ультрафиолета, хотя имеет намного большую ширину, чем лазер.

15.07.2020 в 12:57
1

Спасибо! Отличный результат! Жду продолжения с оптимизациями.

15.07.2020 в 13:18
1

Спасибо.

До оптимизаций надо крепление переделать и сделать съёмные перегородки с разными отверстиями. Перегородки должны перемещаться на креплении ближе/дальше от лазерного модуля.

И когда уже проверил, что мощности указки достаточно, можно купить нормальный лазерный модуль в виде металлического цилиндра. Но они дороже, чем указка... И ещё заметил, что указка нагревается во время работы, а там лазерный диод в пластиковом корпусе установлен, т.е. не предназначен для продолжительной работы.

15.07.2020 в 13:29
1

Больше всего интересуют режимы. У меня как раз таки нормальный модуль, но не хватило терпения и времени получить качественный результат пару лет назад. Отдельное спасибо за подробности работы с FlatCAM.

15.07.2020 в 13:35
1

А модуль с какой мощностью лазера? И есть ли у него вход TTL для управления мощностью?

15.07.2020 в 13:56
1

500 милливатт китайских. Вход есть, подключен на fan. https://3dtoday.ru/upload/main/d2e/d2e9c90cb8a3a74ef20176092ad33c23.jpg вот на этом фото он есть, без шторок.

15.07.2020 в 14:16
1

Это похоже как у автора статьи, на которую я дал ссылку в начале. Он мощность сильно там урезал, чтобы можно было работать.

Чтобы нормально через TTL управлялся, нужно включить аппаратный ШИМ на выход вентилятора. Программный слишком медленный и на большой скорости засветки возможно, будет видно эту модуляцию. Но и аппаратный надо чтобы был в рабочем диапазоне TTL входа лазерного модуля.

Я чтобы исключить эти вариации и взял слабый лазер и без модуляции.

15.07.2020 в 21:07
1

>> ...и сделать съёмные перегородки с разными отверстиями ...

Незачем.

Вот -  в любом киоске совсем недавно, от 50-ти до 100 рублей:

Самые разные, уверяю.

Даже есть полезных "форм".

(Покупка ради насадок-масок, не ради указки-брелка).

15.07.2020 в 21:17
3

перегородки с отверстиями из консервной банки нарежь, да вставляй как полки в холодильник.

15.07.2020 в 22:39
0

Хорошая идея. Возьму на заметку.

16.07.2020 в 01:49
1

В молодость баловался пинхол фотографией. Хорошие маленькие дырочки делались из куска пивной алюминиевой банки. Вырезается кусочек, протыкается самым кончиком иглы дырка(не забываем повращать иглу), шкурятся нулевкой заусенцы. Повторяем несколько раз до получения необходимого диаметра и "чистоты" отверстия. Потом этот кусок приклеивается на дырку в картонке. Чем тоньше металл, тем меньше дифракция света на краях отверстия.

16.07.2020 в 09:36
0

Тоже интересная идея. Осталось придумать конструкцию крепления для выравнивания отверстия под луч. Как вариант - круг со смещённым от центра отверстием, который кроме вращения перемещается вперёд назад.

15.07.2020 в 13:16
1

толщина дорожки по спецификации на TSSOP-20 0.45мм.

Если диаметр пятна 1мм, то как получается 0.45?

15.07.2020 в 13:21
2

Диаметр пятна 1 мм не в фокусе, а на расстоянии от лазера 20-30 мм. Дальше уже это пятно фокусируется на расстоянии примерно 100 мм в точку с диаметром 0,15 мм (примерно).

15.07.2020 в 18:50
1

А линзой его не проще сфокусировать?

15.07.2020 в 19:56
1

Так там и есть линза, ей фокус выставил и его не меняю. А столом уже выставляю нужное расстояние с учётом толщины платы, которая разная может быть.

15.07.2020 в 20:40
1

Годно. Скорость реально 300? Какие ускорения?
ПФ-ВЩ - резист отвратительный, быстро протухает, очень долго засвечивается. Возьмите нормальный Ordyl Alpha или Kolon, дело быстрее пойдёт.
Ну и с паяльной маской надо бы тоже попробовать, особенно с белой.

15.07.2020 в 22:11
0

Скорость 300 - не мм/сек, а мм/мин - это очень медленно (5 мм/сек) и похоже, что реально 5 мм/сек засвечивает.

Фоторезист в Китае заказал на пробу - едет уже долго. У меня оставался фоторезист ПФ-ВЩ со сроком годности до 2014 года, так он вообще перестал быть фоторезистом :) Для этого эксперимента купил свежий и не в рулоне.

Не подскажите где взять паяльную маску в жидком или плёночном варианте? Видел на Али продаются пузырьки с жидкой маской, но пробовать их пока не решился.

15.07.2020 в 22:13
1

Я в p-plata.ru брал. Резист, маски, сетки... Ракель от лазерника и пяльцы из фикс-прайса :) Семилетний Ordyl Alpha с неизвестным сроком годности пока вполне норм, скорость засветки вроде та же :)

15.07.2020 в 23:16
0

Спасибо за информацию - магазинчик полезный. Маску интересно попробовать.

15.07.2020 в 20:42
2

Вот спасибо автору! Если удаться повторить наконец-то с утюгом распрощаюсь и качество повысится. Надо ещё попробовать гравёр задействовать на малой мощности... Ещё раз автору респект.

15.07.2020 в 20:46
1

Интересно, а может напрямую дорожки на фольге лазером прожигать? Сколько ватт лазер нужен?.

15.07.2020 в 21:03
3

Нисколько. Теплопроводность у меди такая, что лазером она будет выжигаться не будет.
Можно закрасить чермым маркером и выжигать краску. А потом травить.
P.S. Имеются ввиду лазеры, доступные простым смертным.

jmz
15.07.2020 в 22:18
0

Углекислотники около 100Вт вполне доступны простым смертным :) Тут очевидная проблема в том, что в принципе невозможно сжечь только медь, текстолит в любом случае обуглится и превратится в прекрасно проводящий электричество углерод.

15.07.2020 в 22:55
0

100Вт - это даже близко не те порядки мощности.

Нужно очень быстро испарить медь на маленькой площади, не перегрев (что бы не отслоилось) медное покрытие на соседних 0.5 мм.

jmz
15.07.2020 в 23:03
0

Так то оно так... Но тут до вопроса перегрева и спектра дело и так заведомо не дойдёт :)

15.07.2020 в 23:00
0

Если склероз не изменяет, там еще и со спектром какие-то были приколы для меди, что отражает она знатно.

jmz
16.07.2020 в 05:57
1

Когда то очень давно я работал на предприятии у которого стоял свой лазер, им они резали металл до 15 мм, мы к ним в гости приходили, чаи погонять в обед)) так вот у них была на стене выставка вроде как чего они могут, а у нас была ручная обработка меди после прессов, ну мы и задали вопрос почему медь лазером не резать? И заусенок мало и обработка последующая легче (а то вовсе нет) на что получили короткий ответ "медь не режем" даже такой мощный лазер видать толком не резать не может, или края плавит наверное

15.07.2020 в 22:07
1

  Интересно, конечно. А чем пленка и лазерный принтер не устроил? Вроде и быстрее и точнее. 

15.07.2020 в 22:18
1

Ну у меня нет лазерного принтера...

Раньше был струйный с пигментными чернилами - вот на нём хорошо получалось фотошаблоны на плёнке печатать. А потом как-то отпала необходимость в самодельных платах, в основном заказывал двухсторонние платы. А теперь, с появлением 3D принтера, макетки приходиться делать, вот и добавил лазерную засветку фоторезиста.

15.07.2020 в 22:29
1

С лазерным принтером возникает проблема, когда шаблон получается не совсем плотным. Кто как решает эту задачу: два шаблона, закраска водным маркером. Я пробовал и то и другое, и пары ацетона. Но лучший результат дает графит. Просто натираете немного мягкого графита на шаблон и пальцем растираете. Прозрачные места тоже чуть блестеть графитом будут, но контраст шаблона станет отличным. Дорожки 10 mil {0.25} - легко! 

16.07.2020 в 02:58
1

В FlatCAM имеется специальный инструмент «Рисование» , благодаря которому отпадает необходимость в минусе перед диаметром инструмента. Это правильнее и обработка происходит быстрее. 

16.07.2020 в 09:57
0

Спасибо, похоже там много интересного ещё есть.

Попробовал в этом режиме расчёт - вроде правильную картинку делает:

И объекты заполняет целиком по очереди, это быстрее будет на принтере засвечиваться.

16.07.2020 в 20:36
0

Засвечивает правильно, у меня давно возникла проблема в лазере и я бросил эту идею с засветкой... Заказывал с али SLD3232VF 50мВт и простенький корпус с линзой, хоть ты тресни, но мой фоторезист засвечивать не хочет. При проявке рисунок виден ровный и хороший, но смывается из-за недосвета, так это на скорости 10мм/мин. То ли фоторезист на другую длину волны, то ли линза нужна специальная............так и бросил.

16.07.2020 в 20:56
0

Странно, если там линза пластиковая, то УФ она пропускает. Стеклянные линзы могут делать с покрытием для ИК диапазона или что-то подобное.

А фоторезист свежий? Я так на старом проверил - после засветки рисунок слабый есть, но не проявляется. А ещё может быть прожигаете фоторезист - он тоже тогда отходит... Надо смотреть что с фоторезистом происходит при проявлении - если он растворяется и раствор синий становится, значит с засветкой проблемы, а если он отходит кусками и не растворяется - он старый или засвеченный.

А так тоже видел корпуса для лазера в продаже - думаю купить попробовать и в него указку переставить.

16.07.2020 в 22:50
1

Линза пластиковая. Фоторезист не свежий, но при засветке шаблонов как засвечивал изначально 3мин под лампой, так и сейчас хватает 3 мин. Фоторезист именно растворяется. Возможно лазер сам бракованный, у людей сфокусированный оставляет следы на бумаге, да и спичку зажигает, у меня - нет.

16.07.2020 в 23:19
0

Пластиковая линза от 200 до 1100 нм пропускает. Моя указка тоже след еле заметный на чёрном пластике оставляет.

А драйвер лазера какой? может он не выходит на рабочий режим и лазер светит слабо...

17.07.2020 в 00:02
1

Самодельный стабилизатор тока, выставил 60мА для моего 50мВт лазера, так что на полную работает.

17.07.2020 в 00:36
0

А перед засветкой лазером снимаете защитную плёнку с фоторезиста?

Я делал без неё. Если её оставить, часть излучения лазера может отражаться от поверхности.

17.07.2020 в 01:07
0

Пробовал снимать, но результат такой же.

17.07.2020 в 21:30
0

Тогда не знаю в чём дело может быть. У себя ток лазера не измерял, но судя по току от батареек 150 мА, на лазере не меньше 100 мА, т.е. это похоже на 100 мВт лазер.

18.07.2020 в 10:57
0

Ещё вспомнил - когда первый раз пробовал засветить, скорость поставил 2000 мм/мин (33 мм/сек). Так вот рисунок на фоторезисте был, но весь смылся. Остались в один ряд овальные площадки, по краю платы, похоже там принтер на кругах скорость снизил и фоторезист засветился до меди и он остался. Когда скорость поставил 200 мм/мин (3,3 мм/сек) получилось то, что надо.

Может быть минимальная мощность лазера 100 мВт нужна?

24.07.2020 в 15:42
0

Стеклянная тоже пропускает УФ до 325 нм, как и обычное стекло. А некоторые пластики могут и не пропустить. Но, опять же, у него лазер фиолетовый, и если линза задерживает 405 нм, то это будет заметно и по флюоресцентному свечению самой линзы, и по падению яркости фиолетового излучения.

24.07.2020 в 15:26
0

Всё круто, но почему "УФ лазерную указку (405 нм)?))

405 нм - это фиолетовый свет. Ультрафиолет от 400 и ниже. Хотя там и пишут ± 10 нм, но маловероятно, что спектр заходит ниже 400 нм, в основном там около 405 нм, +2 нм. Удобно сравнивать с линиями ртути 404,656 нм и  407,783 нм.

Реально УФ лазерный диод стоит совсем других денег.

24.07.2020 в 16:11
1

Так принято.... 405 нм в маркетинговом смысле относить к УФ. 

Хотя, с точки зрения оптики - все верно - то,ч то длиннее 400 нм - уже не ультрафиолет.

Такая вот байда - с маркетинговой точки зрения - еще УФ, с точки зрения оптики - уже нет...

PS. Это связано с тем что УФ-фоторезист, ногтевые лаки, фотополимеры УФ-отверждения реагируют не только на УФ, но и на фиолетовый свет примерно до 410...420 нм. Поэтому то, что их может засветить - в маркетинговом смысле - УФ.

27.07.2020 в 16:48
0

У маркетологов может быть и принято, но непонятно зачем это писать в авторский технический обзор. Получается поддержка ложной информации, на которую потом начнут ссылаться в темах, далёких от УФ-отверждения.

28.07.2020 в 08:21
0

Тут так принято - цилиндрические направляющие называть валами, фильеры - соплами, дыры и отверстия - дырками.

Если начинать придираться к терминологии - то практически любой материал можно браковать.

28.07.2020 в 16:06
0

Ну, эти примеры несколько иные, разные варианты названия) С указкой 405 нм такое невозможно, т.к. установлены чёткие границы диапазонов. Это примерно как назвать батарейку аккумулятором. Да и в большинстве магазинов лазер назван фиолетовым. 

29.07.2020 в 07:37
0

Батарейку аккумулятором никто не называет, а аккумулятор батарейкой - сколько угодно.

А назвать гальванический элемент батарейкой - это ваааще - норма.

Надеюсь вы помните. что батарейка - это сокращение от выражения "батарея гальванических элементов"?

И "разные варианты названия"  человеку, владеющего нормальной технической терминологией режут слух не менее, чем вам 405 нм ультрафиолет.

Но ничего - живем и принимаем здешний сленг, нормы и правила поведения.

24.07.2020 в 16:29
1

Формально - да, это не ультрафиолет.

30.07.2020 в 15:56
0

Это получается безмасочная фотолитография. 

Осталось прицепить на 3Д-принтер сверлильную головку, головку печатающую лаком для маски и краской для шелкографии. 

31.07.2020 в 14:51
0

головку печатающую лаком для маски и краской для шелкографии

Это не обязательно. Можно взять жидкую маску разного цвета и делать этим же способом маску и шелкографию

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Основание(Base) для USB-разветвителя

Экструдеры (дополнение 1)

Авто бармен (Наливатор)

Как сделать ролики Openbuilds и зачем фдм печатнику полимерная смола

Разработка уникального сахарного 3д принтера.

ZAV mini Мой вариант сборки.