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upsilon’s blog

備忘録なので内容は限りなく薄いです。

基板磨き

エッチング等で基板を磨く必要がある方へ、コレ便利ですよー(アフィではありません)

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トナー転写による試作基板の製作(CNC以前)

最近ようやくCNCで基板製作できるようになったのですが、それ以前はどうやって基板を作成していたかというとレーザープリンターを使用したトナー転写エッチングです。

ちょっと前まで流行っていた手法で、色々とコツが要るのですが、慣れるとそこそこ綺麗な基板ができるようになります。

流れとしては、基板パターンをレーザープリンターで専用の紙に出力 → 紙を基板に押し当ててアイロン等を当て、トナーを基板に転写する → トナー補強材(TRF)をアイロンで押し当ててトナーと一体化させる → トナーパターンの欠陥部分をレジストペンで修正・補強する → エッチング → トナー補強材(TRF)の除去、洗浄 → 穴あけ → 完成、 となります。

ネット上ではアイロンを当ててトナー転写する作例が多く公開されているのですが、私はラミネーターを使用していました。

転写紙

最初のパターン印刷に使用する紙ですが、この手法が最初に開発された当初はぶどう紙(富士フィルムのマット仕上げインクジェット用紙、パッケージにぶどうの写真がプリントされている)というのがもてはやされましたが、タックシールなどの台紙として使われる剥離紙に印刷する手法が開発されて廃れました。

トナー補強材

また、上に挙げた「トナー補強材(TRF)」ですが、以前はPress-n-Peel Blue PCB Transfer Filmという補強材が流行っていたのですが、値段がかなり高かったので試していません。Press-n-Peelに似た補強材として、GreenTRFというのがそこそこの値段でDigiKeyから入手できたので、輸入して試してみました。これらの補強材はトナー転写された基板の上から押し当てて加熱すると、トナーと結合して一体化します。トナーがないトコロには結合せず台紙に残ります。これだと単にトナーで作ったパターンをなぞるだけなので何が良いのかよく分からないと思いますが、TRFを付けずにエッチングを行った場合、トナーにムラや細かい欠陥があるためトナーが付着した場所でも腐食が進んでしまい、パターンが穴だらけの基板が出来上がってしまいます。TRFをつけることによってトナーパターンにある細かい欠陥が塞がるので、くっきりはっきりとしたパターンをエッチングすることができます。最初にTRFを使ったエッチングをした時に、このクッキリさ加減に感動した覚えがあります。

TRFの欠点はトナーとしっかり結合するので剥がしにくい所です。エッチング終了後にTRFをトナーと一緒に剥がしますが、TRFが結構厚いので紙ヤスリ等で削るのはけっこう大変です。私はスクイーザーで削りとってましたが、これもなかなか大変でした。

穴あけ

この手法ではエッチングをしただけでは基板完成にはなりません。最後に穴あけをする必要があります。これがまた地味に面倒です。穴あけには穴あけ用の、ペンのように持てるタイプの電動ドリルが便利です。穴の径0.6mm程度ならあまりパワーのないドリルでも開けられます。私はaitendoで売っていたドリル、サンハヤトのドリル、プロクソンのドリル等を使って穴あけしていました。

現在

CNCを導入したので、よっぽど高精細なパターンが必要にならない限り、今後この手法で基板を作ることはないと思います。エッチング液、TRF、転写紙、ラミネーター、インクジェット用紙は用済みになりました。たくさん買ったのにどうしよう…

 

参考

トナー転写方式の歴史が分かるページ

Press-n-Peel Blue PCB Transfer Film‚ðŽg‚¢“|‚·”‚Q

パワー・アンプの製作

社内工作会向けにパワー・アンプ基板を作成しました。

オーディオ系は前から製作してみたかったので、工作会向けと言いつつ、自分の趣味半分で製作しました。

以前からフルディスクリートアンプは作成してみたかったのですが、実際に作成するきっかけになったのはトラ技に載っていたヘッドフォンアンプの記事でした。その後、トラ技の別の号にそこそこ出力を出せるスピーカー・アンプの記事が載っていたので、それを参考に、単電源から中点電位を作成して正負電源化する回路を付け加えた基板を作成しました。

おもちゃ程度だと認識していたのですが、組み上げて自宅のDiatone DS-77HRに接続すると、デジタルアンプより良い音が出てきたので俄然やる気が出てきて、次は電流帰還アンプだ~と現在基板設計中です。

CNC基板の自作

壊れたCNC制御基板の配線が大体解析できたので、代替基板をCNC削り出しで作ろうと考えています。中華arduinoUNO互換機とCNCShieldがあれば簡単なんですが、中華Unoは大体USB-Serial変換にCH340を使っているので、それよりもFTDI製チップを使った方が一般性があって良いかなと。特にMacだとCH340のドライバ入れるのに特殊な事をしなければいけなかったようなので。(今は解消されているらしいが)

実は、FTDIが載ったUSB-Serial変換基板は中国からなら200円以下で買えます。arduino Pro Mini互換基板も200円以下で買えるので、合わせても400円程度。もっとも、UNO互換機もNano互換機も400円以下で買えるので、CH340の怪しいドライバをインストールするのが嫌でなければそちらを使えばよいのですがw。

arduino Pro Mini 互換機を購入する際に気をつけなければならないのが、CPU種別と電圧およびクロックです。CPUはatmega168と328の2種があります。電圧とクロックはセットになっていて、16MHzの水晶が載っている基板であれば、電圧は5Vで動作させなくてはいけません。8MHzの場合はCPUは5Vでも3.3Vでも動かせますが、ひょっとしたら基板のコンデンサの耐圧などが対応していないかも知れないので、8MHzは3.3Vで動かしておくのが無難です。

さて、GRBLはもともとarduinoUNOで動かすことが前提で作られているので、ProMiniでGRBLを動かすなら、CPUとクロック、電圧がUNOと同じ328pの16MHz5Vのものを選択しなければいけません。最初それに気づかず、色々と試行錯誤してしまいました。

引き続き中華CNC

前回壊れてしまったコントロール基板ですが、実は同じキットをもうひとつ注文してあったので、そちらの基板と入れ替えて解決しました。しかし、コントロール基板が欠けたキットが一つできあがってしまったので、arduinoUNOに取り付けるCNCShield(多分grbl準拠。多分。)をaliexpressで注文しました。壊れた基板を解析して自分で作ればいいのですが、CNCShieldが来るのとどちらが早いか…

そもそも中華CNCを買ったのはプリント基板(not基盤)の試作をしたかったからなので早速やってみました。まずは、既存のpcbnew(KiCAD)からどうやってGCodeへ変換するのか?さっぱり分からないのでネットで調べました。pcbnewからガーバーデータを出力してCAMというものでそれをGCodeに変換するようです。今回CAMはFlatCAMを使うことにしました。python環境の設定で若干手間取りましたが、無事GCodeを出力することができました。

それで試しに切削をしてみたのですが、どうもステージが傾いているようで、切削深さにムラが出ます。面取りという作業があるようで、ステージに捨て板を張り、それを一定の深さで切削することで、CNCからみたステージの傾きを吸収しようということのようです。早速面取りをすると切削深さが一定になって良い感じ。

でももうひとつ問題が。切削中に捨て板から基板が剥がれてしまいます。対策として切削深さを浅くして抵抗を少なくしてみました。また、捨て板を石膏ボードからMDFに変えましたがまだ剥がれます。捨て板には粘着テープで接着しているのですが、粘着力が弱いようです。他の人のやり方をネットで調べてセルタック(セロハン基材の粘着テープ)を使ってみましたがまだ剥がれます。試しに手元にあったニトムズの両面テープを貼るとうまくいきました。この両面テープはネットで買い増ししておきました。

中華CNC1610について

中華CNCを購入しました。

機種はCNC1610というやつです。

中国製によくあることなのですが、どこのメーカーが作っているのか判然としません。

でも、aliexpressで検索するとたくさん出てきます。Jedi masterっていうのが商品名かな?

型番からご想像のとおり、ステージの可動範囲が16cm x 10cmです。

部品は主にアルミフレームとアルミダイキャストでできています。

3軸ともネジ棒(正式名称分からない)とステッピングモーターをカップリングで結合してます。モーターの反対側はボールベアリングの軸受けがあります。結構ちゃんとしている。 ベアリングのマウントやガイドのマウント、スピンドルモーターのマウントは3Dプリンターで出力したとおぼしき灰色のプラスチック部品です。一見丈夫そうだけど、長時間使ったらどうなるか…

この商品は完成品ではなくキットなので、付属のDVDに入っているドキュメントに基いて組み立てる必要があります。

制御基板はひととおり組み上がった状態でキットに含まれているので、ハンダ付けの必要はありません。

どうもこのキット、組み立て者はgrblのソフトとハードは分かっているはずというのが前提になっているようで、モータードライバーの出力調整方法などは説明書には書かれていません。

 組み立てて動作テストをしていたのですが、突然grblファームからの応答が無くなってしまいました。で、arduino に grbl を書きこめば専用基盤なんか無くても動かせるだろうと試行錯誤していたらモータードライバーa4988の基盤を一つ焼いてしまいました。

pcbnew(KiCad)で作成したパターンをCNCで使えるGCodeに変換する

こういう事をするソフトのことをCAMと言うようです。

CAD,CAM - Linux工作室

とりあえず、pyGerber2Gcode

pyGerber2Gcode - Linux工作室

を使おうと考えていたのですが、よく調べると、もっと新しくて高機能なソフトFlatCamがあったので、そちら

FlatCAM - Linux工作室

を使ってみました。

いくつか引っかかったポイント

  • pythonのライブラリディレクトリにパスを通す必要がある
  • python-dateutilのバージョン不整合でエラーになるので、バージョンを指定して入れなおす必要がある→

    stackoverflow.com