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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, 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 prueba

En el tutorial utilizaré como ejemplo un circuito adaptado del [Drawdio](https://drawdio.com/), que a diferencia del original, funciona con un timer LM555 alimentado con 5V mediante un puerto USB.

Pueden ver un video de cómo funciona [acá](https://youtu.be/V4gsSKhwWjU). No es un circuito complicado, y tampoco suena muy bonito, pero es suficiente para el desarrollo del tutorial.

2. FabModules

El procesamiento CAM de la imagen del circuito se realiza mediante un servicio web ubicado en fabmodules.org. Tiene como entradas imágenes PNG o SVG, o sólidos en 3D en formato STL, y como salida, diferentes formatos para muchas máquinas. La idea es que fabmodules pueda funcionar para la mayoría de las máquinas que se utilizan en los FabLabs. El formato de la MDX-20 es RML.

2.1 Seleccionar la imagen en PNG o en SVG para trabajar

Se selecciona el formato de entrada del archivo a cortar, puede ser PNG o SVG, y se selecciona el archivo a cortar, en el formato indicado. Al momento de hacer su diseño deben asegurarse que las dimensiones 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
Se puede ver que al cargar el archivo, a la derecha de la imagen sale información del archivo y de las dimensiones de este. Si el archivo está en PNG, tiene que tener al menos resolución de 1000 DPI (Dots Per Inch, o Puntos Por Pulgada PPP). Lo recomendable es 3600 DPI.
En el archivo que yo subí, me indica que la dimensión es aproximadamente de 77 x 39 [mm] y que la resolución es de de 1200 DPI, suficiente para un buen resultado.

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

La máquina MDX-20 puede realizar distintos procesos. Para la fabricación de una PCB, primero realizaremos el proceso "PCB traces (1/64)" que corta las pistas de cobre que se quieren dejar en la superficie, luego se realizará el proceso "PCB outline (1/32)" que se encarga de los hoyos para componentes "through hole" y para el borde de la placa.

2.3.1. PCB traces


Después de seleccionar el proceso, se debe seleccionar la máquina que se quiere utilizar, en nuestro caso la máquina es MDX-20. El resto de los parámetros de la máquina se deben dejar de la siguiente manera:
- **speed:** 4
- **x0:** 10
- **y0:** 10
- **z0:** 0
- **xhome:** 0
- **yhome:** 0
- **zhome:** 0

Los parámetros del proceso están más abajo,  estos parámetros pueden cambiarlos pero hay algunas reglas que deberían seguir.

- **cut depth:** es la profundidad del corte en milímetros. Depende de la placa que se quiera cortar. Si el espesor de la capa de cobre de la placa es de 0.1 mm, se recomienda darle un poco más para asegurarse que la fresa corte correctamente el cobre. Entre 0.13 y 0.16 funciona bien para placas de 0.1mm de espesor.
- **tool diameter:** indica el grosor de la fresa que se quiere ocupar. Para el proceso que corta el cobre se utiliza una fresa en punta de 30°, por lo que el diámetro depende de la profundidad del corte. Se puede probar diferentes configuraciones, por el momento lo utilizamos en 0.4mm. Si se desea cortar un camino de menos de 0.4mm, es necesario cambiar este parámetro para que el programa pueda calcular correctamente la trayectoria de la fresa.

- **number of offsets:** es la cantidad de veces que pasará la fresa alrededor de las pistas que tiene que dibujar. 4 es un buen número, que permite una separación suficiente entre pistas para no tener problemas al soldar. Abajo se muestran imágenes con 1 offset, 4, y -1 que saca todo el cobre posible (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 el cobre)**

- **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 quiere.
- 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. PCB outline

Este proceso realiza el corte de contorno de la placa y de 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
CONSTRUCCIÓN
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