Semaine 4
Production électronique

Objectif

Travail de groupe :
Caractériser les règles de conception de votre processus interne de production de circuits imprimés : documenter les avances, les vitesses, la vitesse de plongée, la profondeur de coupe (traces et contour) et l'outillage.
documentez votre travail (en groupe ou individuellement)
Documentez votre travail sur la page de travail du groupe et réfléchissez sur votre page individuelle à ce que vous avez appris.

Travaux individuels :
Fabriquer un programmateur en circuit qui inclut un microcontrôleur en fraisant et en remplissant le circuit imprimé, le tester pour vérifier qu'il fonctionne.

Résultats de l'apprentissage

Décrire le processus de fraisage, de rembourrage, de débogage et de programmation.
Démontrer que les flux de travail sont corrects et identifier les domaines à améliorer si nécessaire

Exemple de realisation

Lien vers la page de travail du groupe
Documenté la façon dont vous avez fabriqué (fraiser, empiler, souder) la carte.
Documenté que votre carte est fonctionnelle
Explique les problèmes éventuels et la façon dont tu les as résolus
Vous avez inclus une "photo de héros" de votre carte.

Find the right setting to cut a PCB

Dans cette partie, nous allons essayer de trouver le réglage pour découper proprement un PCB avec une CNC. J'utiliserai Fusion 360 pour dessiner le PCB comme dans la semaine précédente. C'est un défi que je relève en utilisant le plus possible Fusion 360 pour me forcer à apprendre tous les aspects de ce logiciel.
Pour la CNC, j'utiliserai une Snapmaker 2.0, Il s'agit d'une CNC plus petite que la CanCam que j'utilise lors de mes déplacements semaine 7 Il sera donc plus précis, en particulier pour les petits détails.

Créer le fichier

Je dois d'abord créer un fichier dans fusion pour l'envoyer à la machine, je prendrai l'échantillon que j'ai partagé précédemment. C'est un test pour trouver le plus petit chemin que vous pouvez avoir pour votre PCB, et aussi trouver le bon réglage pour la coupe.

Après l'avoir envoyé à la page de fabrication, comme dans la semaine 7, la seule différence sera la taille de ce que je coupe, et les fraises.

Nous utiliserons ici le PCB V-Bit, un moyen courant et bon marché d'usiner les PCB, la mèche ayant une pointe très fine de 0,1 mm.
La mèche va plonger dans le bord du PCB et enlever une très fine couche de cuivre pour créer le chemin que nous avons dessiné.

Nous allons usiner cette plaque, une plaque de baquelite recouverte d'une fine couche de cuivre,
Le Gaol consiste à enlever uniquement le cuivre, afin de conserver les propriétés structurelles de la plaque.

Comme la semaine précédente, nous allons créer un parcours d'outil pour cela, mais Fusion 360 n'a pas d'outils PCB, je vais donc essayer un autre logiciel.

Je vais commencer à utiliser le contour 2D, il est utilisé pour supprimer les objets en dehors de l'objet, comme le chemin du cuivre.
J'utilise le V-Bit et non une fraise en bout comme il se doit.

La première decoupe n'est pas bonne, nous n'avons pas de chemin là où nous devrions en avoir, ce n'est pas le chemin mais la mise en place de la fraise.

Le réglage du V-Bit

Voici le réglage de la pointe, la dimension de la pointe.

La partie où l'on peut modifier certains paramètres est la vitesse d'avance et la vitesse de la mèche.
Par défaut, la vitesse de rotation était de 5000 tr/min, je l'ai donc modifiée pour qu'elle corresponde à la vitesse maximale du snapmaker. J'ai également réduit la vitesse d'avance (la quantité de matière par tour de la mèche), qui est passée de 15 in/min à 9.
Ce sera plus long, mais mieux.

J'ai également modifié la profondeur de coupe de 0,1 mm à 0,02 mm.

Le deuxième test est meilleur, mais il n'est pas encore assez bon, la coupe semble trop profonde.

J'ai réessayé avec un meilleur ajustement de la hauteur, et les résultats semblent bons, le seul souci que j'ai est dans la partie test très fine, tout le cuivre a disparu, je dois donc surdimensionner le chemin dans ma conception pour équilibrer cela.

Avec ce résultat, j'ai essayé de faire le PCB actuel, et je suis très satisfait du premier résultat.

Certaines parties sont bonnes, d'autres pas, surtout lorsque les chemins sont collés les uns aux autres, ce qui crée des raccourcis dans le circuit.

Et maintenant, faites le circuit imprimé, ou du moins essayez d'en faire un

Avec ces bons résultats, j'ai redessiné et adapté ma CAO du PCB pour qu'elle corresponde aux propriétés du Snapmaker.
Mais je conserve les mêmes paramètres pour le test. Je laisse passer le week end et lundi nous aurons beaucoup de PCB à souder.
C'était mon état d'esprit du lundi matin, mais j'ai reçu la malédiction du Dieu PCB. Je ne peux pas faire un autre bon circuit imprimé.

Je commence donc à chercher pourquoi mon Snapmaker décide d'abandonner et de ne pas faire d'autre PCB.
Mais je ne regarde pas seulement la machine, je regarde tous les aspects, comme dans l'outil de la méthode 5M.

Cet outil est utilisé pour trouver l'origine du problème ou de la question. Il est composé de 5 groupes différents. Cet outil est utilisé dans l'industrie. Par exemple, vous avez acheté une voiture et elle ne démarre pas lorsque vous tournez la clé, cela peut être dû au matériau, le câble est défectueux. Il peut s'agir du milieu (ou de l'environnement) : vous essayez de démarrer la voiture sous l'eau. Il peut s'agir de la machine, la CNC qui construit le moteur n'est pas précise. Peut être la méthode, vous essayez de démarrer mais la voiture n'a plus de gaz (ou de batterie). Enfin, il peut s'agir de la main-d'œuvre, qui intervertit deux fils. Souvent, ce n'est pas une seule cause qui conduit au problème.

Ce que je trouve

Le premier problème que je constate est que le matériau est plié et pas seulement un peu.

Il y a une différence de 1mm entre le bord et le centre, et parce que je le serre, le centre reste trop haut par rapport au bord. Je pourrais prendre celui qui n'a pas été plié par hasard pour faire le PCB.

The second problem is the accuracy of the Machine

Le lit du Snapmaker est très souple, vous pouvez le déplacer juste avec la pression de votre doigt. Ainsi, lorsque vous voulez être très précis, comme lorsque nous usinons des circuits imprimés avec une taille de circuit comparable à l'air humain, vous ne devriez pas avoir ce genre de mouvement.
Je pense que c'est le principal facteur du caractère aléatoire du résultat. l'étalonnage peut être très difficile.

Oui, je sais qu'il s'agit du format Smartphone et non du format paysage, désolé.

Solution #1

Change the CNC

Je vais essayer sur une autre petite CNC, une HANDIBOT CNC

Ou utilisez un modèle moins cher comme le 1310 CNC Router

Mais après quelques tests, j'ai toujours le même problème, une fois le PCB est bien sorti mais juste après avec le même réglage, le PCB n'est pas bien sorti.
J'ai passé quelques semaines à tester différents PCB et les propriétés de la conception du PCB, comme la taille du circuit, le stock à laisser, etc.

Mais à un moment donné, j'ai regardé le V-bit quand il tournait et j'ai vu ça.

Je découvre que la mèche V n'est pas toujours centrée, juste une petite mèche, mais nous travaillons à 0,1 mm ici, donc même le plus petit défaut d'alignement peut avoir un impact important sur le PCB.

But Why ??

J'utilise des mèches en V standard que l'on peut trouver sur amazon ou d'autres site en ligne.
Mais ils ont une petite longueur de tige.
J'essaie d'en utiliser un avec une tige plus longue, afin de mieux l'insérer dans le porte-broche.

Et c'est bien, la mèche est dans la bonne position.

Après cela, je peux réaliser un circuit imprimé complexe, comme celui-ci pour la semaine 11 pour un ESP 32. Et il est a deux face !

Comment preparer le fichier

Apres avoir designer un circuit comme dans la semaine 8 sur Fusion 360. Nous allons l'exporter sur Flat Cam, logiciel specialement concu pour les circuit imprimer.
Pour cela nous devons exporter le fichier

Etape #1 Créé les fichiers

Apres avoir exporter et sauvgarder ce fichier, on peut voir plusieur categorie:
-Le fichier d'assemblage ( on ne l'utilisera pas ici)
-Le fichier Drill, pour percer les connection traversantes
-le fichier Gerberfiles, plusieurs fichiers avec les pistes que nous devons créé

Etape #2 Créé le G-Code

Un fois sur FlatCam, nous pouvons ouvrir deux fichiers.

Le premier c'est les pistes que nous devons cree, il faut aller dans Files > Open > Open Gerber , ont peut trouver le fichier créé par fusion, nous utiliserons "copper_top.gbr"

le deuxieme c'est les percages, cette partie est optionnel. Files > Open > Open Excellon.
On vas cette fois aller chercher le fichier dans le document drill.

On peut alors voir la piste (vert) et les percages (rouge).

Apres avoir selectionner le profil, je vais utiliser l'outils d'isolation.

Cet outils vas permettre de separer les pistes en circuit individuel.

Dans cette partie, nous pouvons definir les paramétres de decoupe comme la taille de l'outil, ici 0.1mm. le nombre de passes, c'est a dire combien de perimetre autour des piste l'outils devras effectuer pour separer les pistes. et l'overlap, c'est a dire quel pourcentage la passe vas passer sur la passe precedente.

On peut egalement choisir le profil de l'outils, si c'est une fraise en V.
une end mill (fraise plate) avec un certain nombre de flute (partie coupante) C#

Une fois les parametre choisi, nous pouvons valider et le logiciel calcule le passage de l'outils. C'est cette piste rouge.
Cette piste n'est qu'un chemin a plat du passage du centre de l'outil.

Un fois fait nous devons finaliser et convertir en g-code. pour cela nous devons donner une dimension a ce profil d'outil. Cela depend du PCB vierge. Il y a plusieur epaisseur et aussi plusieur epaisseur de couche de cuivre , exprimer en oz/ft2. Grace a des tableau de convertion on peut savoir qu'elle epaisseur on dois retirer pour créé la piste. Dans mon cas j'ai du 2oz/ft2, cela me donne 0.07mm de cuivre a retirer, pour etre sure je vais retirer 0.2mm, pour contrer les possible difference de niveau (plaque pas parfaitement plate)
Une fois fait , on peut egalement modifier d'autre parametre comme les feedrate, pour cela ce referer a la semaine de la CNC

Apres cette etape le profil devient bleu, cela veux dire que le Gcode est pres a etre exporter.

Etape #3 Faire le PCB

Apres avoir le G-code on peut ouvrir l'application Gsender. un logiciel de control de CNC .
nous avons plus qu'a ouvrir le Gcode et suivre les etape comme dans la semaine de la Cnc

Semaine 4 Production électronique