Zrób odpowiednią jednostkę do naświetlania PCB z taniej lampy do utwardzania paznokci UV: 12 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Co mają wspólnego produkcja PCB i sztuczne paznokcie? Oboje używają źródeł światła UV o dużej intensywności i, na szczęście, te źródła światła mają dokładnie tę samą długość fali. Tylko te do produkcji PCB są zazwyczaj dość drogie, a te do sztucznych paznokci są nieco bardziej konkurencyjne cenowo.

Ta instrukcja dotyczy tego, jak wykorzystać takie urządzenie do zbudowania taniego źródła światła, odpowiedniego do naświetlania różnych materiałów wrażliwych na promieniowanie UV spotykanych w produkcji płytek obwodów drukowanych, takich jak fotomaska na sucho i maska lutownicza utwardzana promieniowaniem UV.

Oprócz tego, że jest bardzo tania (około 20 USD za wszystkie wymagane materiały), ta kompilacja rozwiązuje kilka problemów, które widziałem na innych urządzeniach na intertubes:

• Kolimacja: Aby po prostu wyeksponować deskę o dość szorstkich cechach, nie musisz tego robić. Możesz po prostu użyć suszarki do paznokci tak, jak jest i nazwać to dniem. Ale aby móc wyeksponować małe elementy (do 5 mil, według tej strony), musisz upewnić się, że wszystkie twoje promienie UV pochodzą z tego samego kierunku, czyli dokładnie prostopadle do eksponowanej deski.
• Równomierność oświetlenia na całej płaszczyźnie ekspozycji. Wyobraź sobie, że chcesz wyeksponować naprawdę dużą tablicę, np. Rozmiar A4 lub Letter. Chciałbyś mieć taką samą ilość energii na całej planszy, bez gorących lub ciemnych plam. W tym celu źródło energii musi znajdować się w pewnej odległości od płaszczyzny naświetlania i potrzebujesz albo bardzo ciasno upakowanej tablicy źródeł UV (takich jak diody UV-LED, które mogą być dość drogie) lub efektywnej konstrukcji reflektora dla źródeł UV masz pod ręką, co wymyśliłem.
• Czas naświetlania: Nie mam pojęcia, jak szybkie jest to źródło ze wstępnie uczulonym, dodatnim materiałem platerowanym miedzią, ponieważ nigdy tego nie używałem, ale z fotomaską z suchą błoną wydaje się to naprawdę szybkie. Jakby niecałe dwie minuty szybko. Chodzi o to, że nie mam odpowiednich kwalifikacji, aby właściwie zinterpretować wyniki, więc muszę zebrać jeszcze kilka opinii na ten temat.

Tak więc, choć jest bardzo tania, ta konfiguracja pozwoli Ci osiągnąć wyniki, które odpowiadają, a w niektórych przypadkach nawet przewyższają wyniki urządzeń, które są do 10 razy droższe.

Krok 1: Wymagane narzędzia

• Mocna para nożyczek
• Jakiś rodzaj piły lub (najlepiej) frezarki CNC do wycinania szablonów reflektorów
• Obcinak do pianki gorącym drutem (bardzo łatwy do wykonania!)
• Pistolet na gorący klej
• Stary śrubokręt (dowolny rodzaj)
• Lutownica, przecinak do drutu
• Źródło gorącego powietrza. Zapalniczka wystarczy, ale stacja na gorące powietrze jest ładniejsza:)

Krok 2: Materiały

• Lampa do utwardzania paznokci UV, taka jak ta
• Kawałek XPS lub podobnej płyty piankowej 300x220x100mm (jeśli nie możesz dostać materiału o grubości 100mm, możesz użyć cieńszego materiału, po prostu upewnij się, że ma co najmniej ~60mm)
• taśma aluminiowa dla hydraulików
• drut
• rurki termokurczliwe
• opaski
• lutować
• taśma klejąca
• gorący klej w sztyfcie
• dwa kawałki złomu sklejki, grubej tektury, materiału PCB lub podobnego o wymiarach co najmniej 110x60mm

Krok 3: Pobieranie

Oto pliki do wykonania szablonów reflektorów i ulepszonej grafiki tablicy kalibracyjnej.

Dla szablonu odbłyśnika znajdują się dwa pliki g-code, jeden do frezowania, a drugi do cięcia laserowego. Istnieje również SVG. Grafika planszy jest dostarczana jako plik eagle i jako odwrócony plik PS.

Krok 4: Rozerwij lampę UV do utwardzania paznokci

Najpierw musisz pobrać oprawy oświetleniowe i płytkę drukowaną z lampy do paznokci. Odkręć wszystkie śruby, odłącz wszystkie wtyczki i odlutuj przewody do opraw, bo i tak wszystkie trzeba przedłużyć.

Następnie wytnij oprawy z obudowy. Upewnij się, że nie robisz tego z zainstalowanymi lampami, ponieważ mogą się zepsuć! Nie musisz pracować super czysto, po prostu uważaj, aby odciąć cały nadmiar materiału po stronie, do której wejdzie lampa, ponieważ będzie on przyklejony do odbłyśnika, a zatem musi być wyrównany.

Krok 5: Oblicz reflektor i stwórz szablon

Jeśli to nie twoja sprawa, możesz pominąć ten krok, ponieważ zrobiłem to za ciebie.:)

Dla tych, którzy chcą wiedzieć, oto idzie:

Reflektor paraboliczny to fajny sposób skupiania równoległych promieni w jednym punkcie, ale działa też w drugą stronę.

Jak mogłeś już zauważyć, lampy UV w suszarce do paznokci nie są zwykłymi okrągłymi lampami fluorescencyjnymi z jednym stykiem na każdym końcu, ponieważ są one używane w większości komercyjnych urządzeń hobbystycznych.

Więc nasz reflektor nie ma również kształtu zwykłej paraboli, ale dwa nakładające się na siebie.

Oto pomiary z rurek:

Średnica rury = 11mm

Odsunięcie rury od środka = 7,5 mm

Całkowita szerokość odbłyśnika = 110mm (połowa płaszczyzny ekspozycji)

Pożądany punkt ogniskowy = 12mm (pozostawia około 6mm między zewnętrzną ścianką tubusu a ścianką odbłyśnika. Powinno wystarczyć, ponieważ tubusy nie nagrzewają się zbytnio)

Dla zwykłej, pojedynczej paraboli, która przekłada się na te wartości:

Szerokość paraboli = 95mm

Ognisko paraboli = 12mm

Równanie paraboli (łącznie z ogniskiem) wygląda tak:

y = x^2 / 4f gdzie x to połowa szerokości lub średnicy, f to ogniskowa, a y to wysokość, którą chcemy poznać.

Po podłączeniu naszych wartości równanie wygląda tak:

y = 47,5^2 / 4*12 = 2256,25 / 48 = 47

Czyli nasze y przy x=47,5 wynosi 47. Teraz wszystko, co musimy zrobić, to wykreślić dwie z tych parabol i nałożyć je na siebie 15mm. Można to zrobić na różne sposoby. Użyłem freeCAD, co prawdopodobnie nie jest najlepszym sposobem na zrobienie tego, więc nie będę się w to zagłębiał.

Kiedy już masz graficzną reprezentację kształtu reflektora, pozostaje tylko znaleźć sposób na przeniesienie go na obiekt fizyczny, co można zrobić za pomocą wycinarki laserowej, frezarki CNC lub w staromodny sposób z wyrzynarka i dużo przekleństw. Pamiętaj, że materiał szablonu musi wytrzymać ciepło przecinaka do gorącego drutu.

Krok 6: Wytnij odbłyśnik

Zanim zaczniesz kroić w swój jedyny kawałek pianki, dobrze jest poćwiczyć. Ponadto przed wycięciem właściwego kształtu reflektora należy wyciąć wszystkie inne wgłębienia w bloku piankowym (do montażu i umieszczenia płyty zasilającej dla lamp UV). Otwory montażowe można wykonać, podgrzewając stary śrubokręt zapalniczką lub opalarką i wbijając go w piankę.

Przyklej szablony do płyty piankowej, tak aby znajdowały się dokładnie naprzeciwko siebie. Możesz do tego użyć gorącego kleju, ale uważaj, aby nie używać go za dużo, aby móc je później zdjąć bez niszczenia pianki. Następnie wytnij piankę pod szablonami za pomocą przecinaka do drutu na gorąco. Pamiętaj, że długość cięcia twojego gorącego drutu musi wynosić co najmniej całą szerokość odbłyśnika, tj. 300 mm.

Jeśli jedna połowa odbłyśnika jest gotowa, ostrożnie usuń szablony i przyklej je do drugiej połowy. Wytnij piankę, usuń szablony i gotowe.

Kilka słów o tworzeniu i używaniu przecinaka do drutu:

Zrobiłem bardzo prosty z kilku kawałków drewna, trochę drutu i struny E z gitary elektrycznej (o grubości 0,009, jeśli dobrze pamiętam). Trudność polega na znalezieniu odpowiedniego zasilacza. Jeśli nie masz dostępu do zasilacza laboratoryjnego, będziesz musiał poeksperymentować, jakie źródło zasilania zapewni odpowiednią temperaturę. Wydaje się, że ludzie w sieci odnieśli sukces z różnymi rodzajami brodawek ściennych lub baterii. Najlepszym sposobem, jaki widziałem, jest użycie akumulatora LiPo ze szczotkowanym regulatorem prędkości i testerem serwomechanizmu. Nie używaj akumulatorów LiPo bez kontrolera prędkości, chyba że absolutnie wiesz, co robisz, mogą wybuchnąć!

Oto bardzo dobry film, który szczegółowo wyjaśnia całą sprawę.

Krok 7: Spraw, aby odbłyśnik był odblaskowy

Chociaż promieniowanie UV jest częścią światła widzialnego, które jest wokół nas, jego właściwości są zupełnie inne niż światło widzialne. Lustro, które działa na światło widzialne, może w ogóle nie działać na UV. Wiadomo jednak, że aluminium silnie odbija w widmie UV. Dlatego właśnie tego użyjemy do zakrycia odbłyśnika.

Użyłem aluminiowej taśmy hydraulicznej, która jest łatwa w użyciu i działa jak w reklamie (tzn. odbija promieniowanie UV), ale kosztuje trochę (do 10 USD za rolkę). Jeśli masz napięty budżet, może ci ujść na sucho folia aluminiowa do kuchni, ale odradzałbym to, po prostu dlatego, że wyobrażam sobie, że to ogromny ból w dupie, próbując ułożyć szeleszczące rzeczy. Ponadto taśma hydrauliczna jest samoprzylepna, co pozwala uniknąć bólu głowy związanego ze znalezieniem kleju, który nie stopi pianki, z której wykonany jest odbłyśnik.

Krok 8: Zamontuj urządzenia

Teraz możesz wreszcie zainstalować lampy w oprawach. Zgadza się, instalujesz lampy przed przyklejeniem opraw do reflektora. Dzieje się tak dlatego, że o wiele łatwiej jest ustawić lampy tak, aby znajdowały się w centrum reflektora, niż bez zainstalowanych lamp.

Teraz ta część jest ważna:

Ognisko reflektora znajduje się dokładnie 12 mm nad najgłębszym punktem reflektora, więc środek twoich lamp UV musi być jak najbliżej tego ogniska. Zauważ również, że reflektor nie jest tak naprawdę jedną parabolą, ale dwiema zachodzącymi na siebie parabolami, ponieważ twoje lampy UV mają dwie równoległe rurki.

Krok 9: Okablowanie

Mając wszystkie lampy na miejscu, możesz wszystko podłączyć i zamontować zasilacz we wnęce, którą wcześniej wycięłeś. Przedłuż przewody opraw lamp i upewnij się, że odpowiednio zaizolujesz wszystkie punkty, które przenoszą sieć lub wysokie napięcie.

Uruchom go na próbę i jeśli wszystko działa, przejdź do ostatniego kroku.

Krok 10: Montaż i kalibracja

Aby efekty kolimacji i homogenizacji odbłyśników działały prawidłowo, potrzebna jest odległość około 40 cm między krawędzią odbłyśnika a płaszczyzną naświetlania. Uznałem, że najłatwiej jest zamontować ekspozytor pod półką, a mój samolot ekspozycyjny umieścić na innej półce pod nim.

Aby utrzymać płytkę drukowaną i grafikę na miejscu, możesz użyć arkusza szkła (lepiej dwa zaciśnięte razem) lub stołu/torby próżniowej (zdecydowanie najlepsze rozwiązanie). Zrobiłem bardzo prymitywną (ale działającą) torbę próżniową ze średniej wielkości torby do zamrażarki, kawałka plastikowego węża i odrobiny gorącego kleju. Przyklej grafikę do deski, włóż do torby, podłącz do jakiegoś odkurzacza (są tanie pompki akwariowe, które można modyfikować, duża (>=50ml) strzykawka też się sprawdzi, lub jeśli wszystko inne zawiedzie, wetknij wąż do ust i ssij go:))

EDYCJA: Odkryłem, że strzykawka 60 ml i zacisk ze sklepu z artykułami dla majsterkowiczów stanowią idealną pompę próżniową. Zobacz zdjęcie!

Jednak zanim będziesz mógł użyć swojego naświetlacza, musisz go skalibrować, aby wiedzieć, jak długo naświetlać. Znam dwa sposoby na zrobienie tego i tylko jeden z nich można zrobić bez konieczności kupowania dodatkowych rzeczy, więc to będzie ten, o którym będę tutaj dyskutował.

Zrobiłem mały (naprawdę, malutki!) układ planszy, czyli stolik z „licznikiem” w jednej kolumnie i śladami zmniejszającej się szerokości w drugiej. Po rozgrzaniu ekspozytora przez ~10 minut (musisz to robić za każdym razem, gdy chcesz wyeksponować deskę, aby uzyskać spójne rezultaty) zaczynasz odsłaniać deskę tak, aby wszystkie wiersze z wyjątkiem „10 minut” były pokryte czymś nieprzezroczystym (np. plastikiem karta podarunkowa, po prostu upewnij się, że jest naprawdę nieprzezroczysta!). Po minucie wyciągasz nieco kartę, aby odsłonić wiersz „9 minut” i tak dalej. Po odsłonięciu odstaw deskę na kilka minut w ciemne, zimne miejsce (5-30) i rozwiń ją jak zwykle. Nawet bez wytrawiania deski, powinieneś mieć dane dotyczące tego, jak długo potrzebujesz wyeksponować swoje deski, aby uzyskać najlepszy możliwy wynik. Oto obrazek, jak powinien wyglądać odpowiednio naświetlony i opracowany ślad.

Innym sposobem na to jest użycie opisanej tutaj skali Stouffera.

Krok 11: Wnioski i podziękowania

Chociaż fabrycznie produkowane płytki PCB są łatwiej dostępne niż kiedykolwiek, wciąż istnieje kilka nisz, w których majsterkowanie jest wykonalną alternatywą. Wyobraź sobie, że potrzebujesz tablicy stworzonej właśnie teraz lub tylko jednej, ale dużej, lub wielu iteracji, przez które tablica może przejść podczas tworzenia. W takich przypadkach wykonanie 10 plansz za każdym razem, gdy potrzebujesz, może być trochę drogie, nie wspominając o konieczności czekania +4 tygodnie, aż dotrą do twoich drzwi.

Ponadto istnieje niezliczona ilość opcji wytwarzania PCB w domu, w tym trasowanie izolacji i transfer tonera, ale tradycyjna metoda (obróbka fotochemiczna) daje zdecydowanie najlepsze wyniki.

Ekspozytor w tej instrukcji opiera się w dużej mierze na opisanym tutaj źródle UV, ale ich konstrukcja jest nadal dziesięć razy droższa w budowie. Jedną z rzeczy, które mają ich projekt, ale jeszcze nie dodałem, jest siatka kolimacyjna, głównie dlatego, że wycinarka laserowa w naszym lokalnym makerspace była zepsuta od tygodni, więc nie mogłem jej zrobić. Mogę dodać później i zdać raport z wyników, ale na razie jestem naprawdę zadowolony z wyników tej super taniej konstrukcji.

Innym wspaniałym źródłem inspiracji były różne filmy i instrukcje genialnego Davida Windeståla na stronie rcexplorer.se. Ten facet ma naprawdę szalone umiejętności!

Jeśli masz uwagi, poprawki lub cokolwiek, proszę o komentarz. Jeśli interesują Cię inne moje projekty, zapraszam na mojego bloga.

Krok 12: Więcej wyników kalibracji i wyników ze świata rzeczywistego

Pierwszy projekt płytki kalibracyjnej, który wykonałem, był szybkim i brudnym układem, który wykonałem bez zbytniego zastanawiania się nad tym. Chciałem jednak dowiedzieć się, do czego tak naprawdę zdolny jest mój nowy ekspozytor, więc zrobiłem ulepszony, tym razem z czterema grupami pionowych śladów, 7, 6, 5 i 4 mil z odpowiednimi odstępami. Zauważ, że reklamowana rozdzielczość 5/5mil pochodziła z oryginalnego projektu think and tinker, który ma siatkę kolimacyjną. Jak pokazują zdjęcia, ta siatka nie wydaje się być konieczna do osiągnięcia 5/5 mil.

EDYTOWAĆ:

Zrobiłem jeszcze jeden projekt tablicy kalibracyjnej, który naświetliłem na filmie, żeby raz na zawsze wiedzieć co jest czym. Cóż, teraz wiem. Nawet przy prawdziwej grafice fotograficznej 5/5 mil to najlepsze, co jest praktycznie osiągalne. 4/4mil działa, ale na tym poziomie każdy drobinek brudu ma znaczenie, a moje domowe laboratorium po prostu nie jest wystarczająco czyste. To nie jest tak, że zwykle używam niczego mniejszego niż 10 mil (oczywiście z wyjątkiem pewnych śladów), nawet jeśli moje deski są produkowane w fabryce.

Więc jestem zadowolony z tego, jak to się skończyło? Założę się, że jestem! Jednostka naświetlająca za mniej niż 30 euro, która jest zdolna do funkcji 5/5 mil (a teoretycznie nawet więcej), jedyną wadą jest to, że nie jest tak opływowa, jak te fantazyjne nowe pudełka LED, które wszyscy budują teraz. Ale bez wątpienia dużo taniej!