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Tutorial Modela MDX-20 para fabricación de PCB

1. Introducción

El siguiente documento busca mostrar el flujo de trabajo para fabricar una circuito impreso [PCB](https://en.wikipedia.org/wiki/Printed_circuit_board) en la máquina Roland Modela MDX-20 del Fablalab U. de Chile.

Roland Modela MDX-20

Para utilizar este tutorial, se necesita tener un diseño de PCB ya realizado, y se deben exportar distintas capas en formato PNG o SVG. Recomiendo el software Autodesk [Eagle](https://www.autodesk.com/products/eagle/overview) por tener una interfaz amigable, y por ser gratuito*, ideal para estudiantes y aficionados.

1.1. Circuito de ejemplo

En el tutorial utilizaré como ejemplo un circuito sencillo, que utiliza un pulsador, una resistencia y un led y que se alimenta de los 5v de un puerto USB cualquiera.

Para fabricar el circuito completo, es necesario hacer tres procesos al menos, uno para aislar las pistas de cobre, otro para hacer las perforaciones y otro para cortar el contorno de la placa. Para esto es necesario exportar tres imágenes en PNG del circuito original, una para cada proceso.

pistascontorno

perforaciones

 

2. FabModules

Fabmodules es un servicio web (que también puede funcionar localmente) que unifica el software de casi todas las máquinas que podría tener un fablab. Para fresar circuitos, tiene como entradas imágenes PNG o SVG y como salida, distintos formatos que depende de la máquina que se quiere utilizar. El formato de la MDX-20 es RML (Rolland Mill).

2.1 Seleccionar la imagen en PNG o en SVG para trabajar

Selecciona el formato de entrada del archivo a cortar, puede ser PNG o SVG, luego se abrirá una ventana para seleccionar el archivo a cortar en el formato indicado. Al momento de hacer su diseño deben asegurarse que las dimensiones reales son correctas, ya que el fabmodules va a generar un GCODE que maneja la máquina en coordenadas reales en milímetros, por lo que el archivo de entrada debe tener las dimensiones reales de lo que se quiere cortar.
Carga de imágenes
Al cargar el archivo, a la derecha de la imagen se puede ver información de las dimensiones de este. Si el archivo está en PNG, tiene que tener al menos una resolución de 1000 DPI (Dots Per Inch, o Puntos Por Pulgada PPP). Lo recomendable es 3600 DPI pero no es necesario, entre 1000 y 2000 DPI es suficiente para tener un buen resultado.


En el archivo que yo subí, me indica que la dimensión es aproximadamente de 34 x 27 mm que es el tamaño que realmente debería tener el circuito, y que la resolución es de de 1500 DPI. 

2.2 Seleccionar formato de salida

El formato de salida para las máquinas Roland tiene que ser Roland mill (.rml)

2.3. Seleccionar el proceso y configurar

Como se mencionó anteriormente vamos a fabircar la PCB en tres procesos (uno para cada imagen obtenida del circuito diseñado)

  1. Aislación de pistas (PCB traces 1/64)
  2. Perforaciones (PCB outline 1/32)
  3. Contorno (PCB outline 1/32)

2.3.1. Aislación de pistas


Después de seleccionar el proceso, se debe seleccionar la máquina que se quiere utilizar, en nuestro caso la máquina es MDX-20.

Los parámetros importantes en esta etapa son los siguientes
- speed: es la velocidad a la que se mueve la herramienta. Para fresar PCB de baquelita se recomienda 4 mm/s. Si se fresa una placa de FR4 se recomienda hacer a 2 mm/s debido a que la fibra de vidrio es más dura de cortar y a hacerlo más lento se hace menos esfuerzo sobre la herramienta.

(x0,y0,z0) es el origen de coordenadas donde se posicionará la PCB que estamos cortando, con respecto al origen de la máquina. La máquina tiene su sistema de coordenadas fijo y cuadriculado como en la imagen, el origen es a la izquierda abajo. Los valores de x0 e y0 dependen de en que lugar se posicione la placa de cobre en la bandeja. z0 debe ser 0 siempre.

(xhome, yhome, zhome) es el punto donde irá la máquina al finalizar el proceso. Por seguridad se deben dejar en los siguientes valores:
- xhome: 0
- yhome: 152.4
- zhome: 60.5

- cut depth: es la profundidad de corte en milímetros. En general el cobre de las placas tiene un espesor de 0.035 mm. Como la máquina no es perfecta se recomienda entre 0.1 y 0.16 mm para asegurarse que la fresa aisle correctamente las pistas.
- tool diameter: indica el diámetro de la fresa que se quiere ocupar. Cuando se usan fresas cónicas se debe tener en cuenta que mientras mayor sea la profundidad de corte, más gruesa la línea que la fresa marcará en el cobre.

- number of offsets: es la cantidad de veces que pasará la fresa para aislar una pista. Abajo se muestran imágenes con 1 offset, 4, y -1 (no es recomendado debido al tiempo que puede llevar este proceso).

Proceso con 4 offset

Proceso con 1 offset

Proceso con -1 offset (corta todo)

- offset overlap: es la distancia entre cada paso del offset, en porcentaje del diámetro de la fresa. Con 50% se asegura que no queden pequeños pedazos de cobre en la placa, aunque puede ser más si se requiere.
- El resto de los parámetros se pueden mantener en su valor por defecto, y no harán gran cambio en el resultado del proceso.

Finalmente se presiona el botón "calculate" para generar las trayectorias de la máquina en XYZ y se guarda el archivo **.rml** con el botón "save" para posteriormente cargarlo en la máquina.

 

2.3.2. Perforaciones

Este proceso realiza los hoyos para soldar los componentes que son "through hole". Si el circuito tiene vías, también se debe hacer con este proceso.

Se debe importar la imagen en **PNG** del contorno y de los hoyos  que se quieren cortar. En este caso, se debe invertir la imagen, ya que fabmodules genera las trayectorias de la máquina por las partes negras de la imagen. Para invertir a imagen se debe presionar el botón "invert image".

Luego se configuran los parámetros que deben quedar de la siguiente manera:
- cut depth: es la profundidad que va a tener cada corte, el paso de la fresa en el eje Z. Para asegurar la herramienta se recomienda que cada paso no sea de más de 0.6mm.
- stock thickness: es el espesor de la placa que se quiere cortar, hay que tener cuidado con este parámetro ya que la idea es cortar la placa solamente y no la superficie donde esta se soporta. La placa que tengo yo es de 1.5mm de espesor. Para estar seguro de que queda cortada completamente le sumo 0.1mm al espesor de la placa y me aseguro además que la separación entre la placa y la bandeja de sacrificio es mayor a 0.1mm (con cinta doble contacto).
- tool diameter: es el diámetro de la fresa que se ocupa para cortar. Generalmente se ocupa una de 0.8mm, que sirve para casi todos los componentes "through hole". Si se quiere hacer un trabajo más específico, se recomienda variar el parámetro. Es importante que los círculos(hoyos) y caminos(borde de la placa) de la imagen PNG que cargaron sean al menos del diámetro de la fresa, si no el software no generará trayectorias por lugares donde la fresa no cabe.
- number of offsets:  es la cantidad de veces que pasará la fresa alrededor de las pistas que tiene que dibujar. En este caso, a diferencia del proceso anterior, una sola pasada es suficiente y necesaria, ya que queremos hacer solo hoyos del diámetro de la fresa, y para cortar el borde de la placa no es necesario pasar más de una vez.


Finalmente se presiona el botón "calculate" y se guarda con "save" el resultado para posteriormente cargarlo a la máquina.

Con el botón derecho del mouse se puede rotar la vista de las trayectorias, lo que permite ver el proceso desde otro punto de vista.

 

2.3.3 PCB drills (en construcción)

CONTEXTO
TÍTULO
Tutorial Modela MDX-20 para fabricación de PCB
TIPO DE PROYECTO
CATEGORÍAS
INDUSTRIA
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