من دائماً دستگاههای هوشمند تازهای برای خانهام میسازم یا روی پروژههای الکترونیکیِ مبتنی بر ساخت مدار کار میکنم. بُردبُرد برای نمونهسازی مناسب است، اما برای استفاده نهایی چندان کارآمد نیست. لحیمکردن قطعات روی پرفبُرد راهحلی پایدارتر است، اما سیمکشی آن کلافهکننده میشود.
آنچه میخواستم، PCBهای سفارشی بود که بتوانم قطعات را روی آنها نصب و لحیم کنم و سپس در محفظههای مناسب به کار ببرم. اما حتی سریعترین سازندگان PCB هم ممکن است یک هفته زمان نیاز داشته باشند تا بردها را به دستتان برسانند؛ بازهای که با چاپگر سهبعدی به چند ساعت کاهش مییابد.
تبدیل چاپگر به کارگاه PCB
روش افزایشی در برابر روش کاهشی PCBهای سنتی
این ایده در ابتدا شبیه ترفندی تبلیغاتی به نظر میرسد، اما با بررسی جزئیات، کاملاً منطقی جلوه میکند. ساخت سنتی PCB روشی کاهشی است: از تکهای فایبرگلاس با روکش مس شروع میکنید و بخشهای اضافی را حکاکی میکنید. PCB چاپشده با چاپگر سهبعدی برعکس عمل میکند: ماده را فقط در محل نیاز میافزاید و مسیرهای پلاستیکی برجستهای میسازد که سپس میتوانید آنها را رسانا کنید.
روند کار دقیقاً مانند هر PCB سنتی دیگری آغاز میشود. ابتدا شماتیک و چیدمان PCB را در KiCad طراحی میکنید، درست مانند یک PCB معمولی. تفاوت اینجاست که به مسیرهایی ضخیمتر از PCBهای سنتی نیاز دارید تا بعداً بتوانید آنها را برجسته یا فرورفته کنید و نوار مسی یا جوهر رسانا بیفزایید تا برق را انتقال دهند.
پس از پایان مسیریابی، بهجای خروجیگرفتن فایل Gerber و ارسال آن برای سازنده، فایل STEP میگیرید و آن را به نرمافزار مدلسازی سهبعدی، مانند Fusion ۳۶۰ یا FreeCAD، وارد میکنید. در این مرحله، هندسه را پاکسازی و اجزای ناخواسته را حذف میکنید. همچنین باید مسیرها را چند میلیمتر برجسته یا فرورفته کنید تا فضای کافی برای کار روی آنها داشته باشید.
سپس مدل را بهصورت STL خروجی بگیرید، به اسلایسر بفرستید و PCB را چاپ کنید. شاید لازم باشد تنظیمات اسلایسر را تغییر دهید؛ برای نمونه، نوع دیواره را به Arachne تغییر دهید تا نتیجه بهتری بگیرید، اما کار به همینجا ختم میشود.
رسانا کردن پلاستیک
نوار مسی و چاقوی کاردستی، بخش اصلی کار را انجام میدهند
چاپگر شما مس نمیچیند، بلکه پلاستیک میگذارد؛ بنابراین قطعه چاپشده بهخودیخود رسانا نیست. چند راه برای حل این مشکل وجود دارد. سادهترین روش این است که مسیرها را روی بردی چاپشده از PLA یا PETG برجسته کنید، سپس نوار مسی را روی مسیرهای برجسته بچسبانید و اضافات را با چاقوی کاردستی ببُرید تا فقط خطوط رسانا باقی بمانند. این کار بسیار ساده است و برای سیگنالهای کمجریان، بهطرز چشمگیری مؤثر عمل میکند.
گزینه پیچیدهتر، استفاده از فیلامان رسانا یا جوهر رساناست که در شیارهای طراحیشده در مدل قرار میگیرد. فیلامان رسانا وجود دارد، اما مقاومت الکتریکی آن بهمراتب بیشتر از مس است؛ بنابراین بهتر است برای مسیرهای سیگنال کمجریان به کار رود، نه انتقال توان واقعی. حتی نرمافزار تخصصی مانند Electroprint نیز وجود دارد که نتلیست KiCad را میگیرد و مدل را برای چاپ رسانای «توقف و پرکردن» در دستگاههای چندمادهای آماده میکند.
کجا این روش از سفارش برد بهتر است
تحویل در همان روز، هر بار از انتظار یکهفتهای بهتر است
بزرگترین مزیت این روش، سرعت است. سفارش سنتی PCB، حتی از کارگاهی سریع، معمولاً حدود یک هفته زمان میبرد تا برسد؛ درحالیکه نمونهای چاپشده با چاپگر سهبعدی را میتوان در همان روز طراحی، چاپ و آزمایش کرد. اگر در حال رفع اشکال یک خطای چیدمان باشید، این اختلاف زمان بسیار مهم است؛ زیرا میتوانید خطا را پیدا کنید، طرح KiCad را اصلاح کنید و ظرف چند ساعت دوباره چاپ بگیرید، بهجای آنکه یک دسته کاملاً تازه سفارش دهید.
مزیت دیگر، هزینه است؛ بهویژه برای بردهای تکی یا تولید کمتیراژ. ساخت یک برد کوچک سنتی بهصورت تکی، با درنظرگرفتن هزینههای راهاندازی دستههای کوچک، ممکن است از چند ده دلار تا بیش از ۱۰۰ دلار هزینه داشته باشد. نسخه چاپشده سهبعدی عمدتاً فقط هزینه فیلامان و مقداری نوار مسی را دارد. بااینحال، در تیراژ بالا این مزیت از بین میرود. در چنین وضعی، کارگاههای تولید PCB بسیار ارزانترند و برای پروژه انتخاب بهتری محسوب میشوند.
این روش برای من عالی است، زیرا بیشتر مدارهایم پروژههای تکی هستند که برای حل مسئلههایی بسیار خاص ساخته میشوند. سفارش این بردها از سازنده سنتی PCB یعنی باید دستههای کوچک سفارش دهم، چه به همه آنها نیاز داشته باشم و چه نه؛ هزینه بیشتری بپردازم و زمان بیشتری منتظر بمانم تا تازه بفهمم محصول نهایی درست کار میکند یا نه.
محدودیتهایی هم وجود دارد
خطوط مداری ۰٫۲ میلیمتری جای کارخانه حرفهای ساخت PCB را نمیگیرند
چاپ سهبعدی PCB با چند محدودیت جدی همراه است. نخست اینکه دقت مسیرها در چاپگرهای سهبعدی معمولی در بهترین حالت به ۰٫۲ میلیمتر میرسد، درحالیکه کارخانههای حرفهای معمولاً به ۰٫۰۵ میلیمتر دست پیدا میکنند. بنابراین، هر طرح متراکم یا دارای گام ریز، مانند بردهای مدرن مملو از قطعات SMD، عملاً خارج از دسترس است. بردهای چندلایه، ویاها و سوراخهای متالیزه نیز چالشبرانگیز هستند. این ترفند برای نمونههای اولیه ساده و کمقطعه بهترین کارکرد را دارد، نه برای محصولات مصرفی نهایی.
جایگاه واقعی این روش در گردشکار شما، اعتبارسنجی اولیه است: تأیید اینکه چیدمان از نظر الکتریکی کار میکند، پیش از ثبت سفارش واقعی؛ ساخت محفظههای یکباره با سیمکشی توکار؛ یا صرفاً سر و ساماندادن به پروژههای قدیمی. به آن به چشم بررسی سریع و ارزانی نگاه کنید که در کنار فرایند معمول PCB قرار میگیرد؛ راهی برای ساخت مدارهای یکباره، بدون بُردبُرد و سیمهای جامپر.
منبع: این مطلب ترجمه و بومیسازی مقالهای از MakeUseOf به قلم Yadullah Abidi است. مشاهده مقاله اصلی