Изготовление печатной платы с помощью лазерной гравировки

Часто хочется быстро проверить какую-то идею или устройство. Что-то простое можно собрать на макетке, но более сложные проекты при таком подходе начинают отнимать много времени на сборку и настройку. А в итоге, получившиеся устройство не всегда пригодно к повторному использованию.

Намного универсальней, а зачастую и быстрее изготовить печатную плату. Два основных способа изготовления плат в домашних условиях ЛУТ и фоторезист. Для себя я решил от них отказаться в пользу использования фрезерного станка с установленным лазером. Естественно вырезать я буду не дорожки на плате, а краску, которую предварительно нанес на текстолит. Изначально я хотел просто фрезеровать плату, но мне не удалось добиться приемлемого качества. В данной статье хочу описать весь тех процесс от gerber файла до выжженного рисунка на плате. Все манипуляциям с лазером будет выполнять мой станок 3018 с платой Woodpecker CNC GRBL0.9 с прошивкой GRBL 1.1f. Сам станок покупался на аликэспресс.

Подготовка станка к работе с лазерным модулем

Есть пару моментов при подключении лазера к плате станка.

На сколько я могу судить все лазерные модули мощностью от 1.5 Вт и выше имеют отдельный  вход  для управления — TTL. Этот вход поддерживает, как аналоговый, так и ШИМ сигналы с уровнем напряжения 0-5 В. Я использую модуль на 5.5 Вт.

На вход ttl можно использовать сигнал на ножке PB11(D11) микросхемы U1, с ее помощью через транзистор управляется скорость шпинделя (разъемы J2, J3). Но как видно из схемы с сигнал cо стока  Q3 на вход ttl подавать нельзя, во первых уровень напряжения серьезно выше 5 В ( до 12 на J2  до 24 В на J3), а во-вторых сигнал инвертируется. Поэтому я решил взять сигнал напрямую с затвора транзистора.

Также лазерному модулю требуется напряжение питания напряжением 12 В.  Это напряжение можно взять с платы  (штырьковый разъем j13)  или с отдельного блок питания. Стоит учесть, что максимальный выходной ток преобразователя составляет 5А. Но тем не менее, на своем станке я решил использовать для питания лазера преобразователь на плате с установленным радиатором.

Также я отредактировал дефолтные настройки EEPROM станка. Этот файл можно записать в чип станка с помощью например LaserGRBL или просто подсмотреть настройки. Критическими мне, кажется, это скорость разгона. Чем оно меньше тем лучше качество, но увеличивается время нанесения рисунка.

Процесс экспорта из Altium Desinger

Для управлением станком и генерации g кода я использую программу LaserGRBL. Довольно удобная и простая программа, на вход она принимает файлы изображении в различных форматах. Altiun Designer, как раз позволяет экспортировать gerber файлы в .bmp. На примере платы преобразователя USB-UART я покажу, как это делается.

Итак, когда проект платы завершен нужно сделать стандартную операцию для генерации gerber файлов и сверловки.

Генерация gerber

File -> Fabrication Ouput -> Gerber Files. На вкладке Layers выбираем нужные слои, в моем случаи Top Layer и Keep-Out Layer. После нажатия кнопки OK откроется файл просмоторщика gerber файлов Camtastic, содержащих два выбранных слоя. Но этого не достаточно, еще необходимо экспортировать сверловку. Для определенности сохраним его под именем pcb.Cam.

Вернемся на вкладку файла .pcbdoc.

Генерация сверловки

Файл сверловки генерируется алогичным образом: File -> Fabrication Output -> NC Drill Files. Опять же откроется файл Camtastic, этот файл можем смело закрыть без сохранения.

Теперь необходимо импортировать слой сверловки в добавок к нашим герберам. Для это возвращаемся на вкладку pcb.CAM и делаем следующие действия: File -> Import -> Drill. Выбираем путь к папке Project Outputs for <имя проекта> и выбираем только файл с расширением txt.

Осталось дело за малым, экспортировать полученный файл в bmp. Конкретно для LaserGRBL желательно перекрасить слои в более темные и контрастные цвета. Это делается через меню слева, путем клика по цвету слоя. Я крашу слои, которые должны быть вытравлены в темно синий цвет, а сверловку в белый.

Генерация .bmp

Теперь наконец последний шаг: File -> Export -> Bitmap (*BMP)… и выделяем всю плату и контур, затем на выделенной области кликаем правой кнопкой мыши. Выбираем Color Scheme: Color -> OK. Прописываем имя и путь к файлу. Все, наша плата в виде изображения готова.

Готовим изображение к «прожигу».

Запустим программу LaserGRBL откроем наш файл pcb.bmp. Я использую следующие настройки:

При нажатии кнопки «Далее» появится диалоговое окно в котором больше всего нас будет интересовать скорость гравировки и максимальная мощность. С моими настройками EEPROM скорость 900, мощность 800. Эти настройки получены экспериментальным путем. Теперь нам осталось только подключиться к станку и запустить его в работу.

Подготовка фольгированного стеклотекстолита к работе включает в себя очистку и нанесение черной матовой краски.

Ссылка на тестовый проект платы.