TwinTeeth - Trazando PCBs con un rotulador
En este capítulo veremos cómo trazar PCBs utilizando el método del rotulador permanente. Este es un método muy antiguo para pintar PCBs a mano, pero esta vez lo vamos a hacer usando TwinTeeth. El trazado de PCBs con rotulador no proporciona una resolución y precisión muy buenas pero es un método rápido para hacer circuitos simples y te ayudará a familiarizarte con el robot y aprender a manejarlo.
El proceso consiste en los siguientes pasos:
- Diseñar la PCB usando una herramienta CAD (Eagle CadSoft)
- Generar el archivo CAM
- Preparar la PCB
- Trazar el trabajo con TwinTeeth
- Grabar el cobre de la PCB con ácido
Diseñando la PCB
En esta sección vamos a aprender cómo diseñar PCBs con Eagle CadSoft para luego trazarlas con TwinTeeth.
No cubriremos la funcionalidad de Eagle CadSoft en profundidad porque no es el objetivo de este tutorial, pero puedes encontrar en internet amplia información y tutoriales para aprender a usar el programa.
Decidimos adoptar Eagle CadSoft como herramienta CAD por varias razones: es fácil de usar, es potente, tiene una versión gratuita e incluye un lenguaje de usuario para desarrollar programas con nuevas funcionalidades.
En los ejemplos de este tutorial hemos utilizado Eagle 6.1. Ten en cuenta que la apariencia podría ser diferente si estás utilizando la versión más reciente, pero la funcionalidad es más o menos la misma.
Ejecuta el panel de control de Eagle y haz click en File->New->Project (Archivo->Nuevo->Proyecto) para crear un nuevo proyecto. Ponle el nombre que quieras por ejemplo Blinker (Intermitente).
Selecciona la carpeta del proyecto recién creado y haz click en File->New->Schematic (Archivo->Nuevo>Esquema) para crear allí un nuevo esquema de circuito.
Primero tienes que diseñar el circuito utilizando el Editor de Esquemas. Utilizaremos como ejemplo el típico circuito Blinker que hace parpadear dos leds.
Cuando hayas terminado, guarda el esquema haciendo click en File->Save (Archivo->guardar) y ponle un nombre por ejemplo twinteeth-blinker.sch
A continuación, vamos a diseñar la PCB
Haz click en el icono del Editor de PCBs (o selecciona la opción Switch to Board en el menú File). Indica que sí quieres crear la PCB a partir del esquema cuando Eagle te lo pregunte.
Luego verás algo similar a esto:
Esta es la vista que Eagle muestra por defecto después de crear la PCB a partir del esquema. Hay que modificarla para determinar las dimensiones de la PCB y organizar los componentes en ella.
Antes de eso, modifica el tamaño de la cuadrícula. Establécela a 10mm y selecciona la opción de visualización (Display). Selecciona también la capa inferior (16 Bottom) como la capa actual si no está ya seleccionada.
Ahora vamos a crear las dimensiones de la PCB. Por ejemplo utilizaremos una placa de 40mm de largo (eje Y) x 50mm de ancho (eje X).
Modifica el diseño original haciendo click en las líneas de dimensión y reduciendo el rectángulo al nuevo tamaño. Cada cuadrado de la cuadrícula mide 10x10mm así que la nueva placa debería medir 4 de alto y 5 de ancho.
A continuación vamos a añadir cuatro agujeros de fijación en la PCB. Estos agujeros nos ayudarás a fijar la PCB a la plataforma de TwinTeeth.
La plataforma de fijación de TwinTeeth tiene una rejilla de 10x10m m así que tan sólo tienes que colocar los agujeros en cualquier lugar dentro que se ajuste a la cuadrícula, generalmente cerca de las esquinas.
Antes cambia el tamaño a una cuadrícula de 5mm ya que tendremos más precisión.
Pon cuatro agujeros de 2.5mm cerca de las esquinas.
Ahora tenemos que añadir una marca en el centro de la PCB. La marca te ayudará a determinar el (X0, Y0). Como hemos visto en anteriores capítulos, Twinteeth utiliza un sistema de coordenadas donde el origen está en el centro de la plataforma.
Pinta dos líneas rectas desde una esquina de la PCB a la esquina opuesta. El lugar donde se cruzan las dos líneas es el centro de la plataforma.
Dibuja allí un pequeño circulo (un círculo, no un agujero ni una vía).
Primero reduce el tamaño del grid a 0.1mm para dibujar con más precisión.
Luego, usando la rueda del ratón, amplia la vista hasta que veas bien cómo se cruzan las líneas. Entonces pon allí el círculo de aprox.0.5mm de radio.
Reduce la vista para tener otra vez la visión general de la PCB. Ahora puedes borrar las líneas que usamos como referencia.
Entonces, selecciona todos los componentes y colócalos dentro del área de la PCB.
Si te fijas verás que hay una pequeña cruz en la esquina inferior izquierda de las líneas que delimitan la PCB.
Este es el origen de coordenadas (0,0) de Eagle.
Pero como vimos anteriormente, el origen de coordenadas de TwinTeeth está en el centro de la PCB, así que tenemos que mover todo hasta que la marca que hicimos en el centro coincida con el origen de coordinadas de Eagle.
Atención: Las últimas versiones de Eagle versión light tienen una limitación para centrar la placa en el origen de coordenadas. Consulta esta entrada del blog.
Selecciona todos los componentes, las líneas de dimensión, agujeros, etc. y mueve todo hasta que la marca del centro coincida con la marca de la esquina inferior izquierda. Puedes hacer zoom para centrar todo con precisión.
Por si acaso salva el trabajo.
Ahora que las dimensiones del tablero están listas podemos organizar los componentes electrónicos y crear las pistas.
Utiliza tamaños de pista y separación acordes a la punta del rotulador a utilizar. En este ejemplo utilizaremos pistas de 0,5mm de ancho con una separación de también 0.5 milímetros.
Cuando termines de diseñar la PCB salva el trabajo de nuevo.
Generando el fichero CAM
Una vez que esté listo el diseño de la placa, tienes que generar el archivo CAM que utiliza TwinTeeth para trazarla.
TwinTeeth soporta varios formatos de archivos CAM: PostScript, g-code, archivos BMP y HP-GL pero para trazar con rotulador sólo puedes usar g-code o HP-GL. Eagle no genera directamente g-code, así que te recomendamos que utilices HP-GL para trazar.
Si de todas formas decides usar g-code, tendrás que instalar un ULP llamado PCBGcode. Es una popular herramienta desarrollada por John Johson que permite generar archivos para grabar y taladrar PCBs desde diseños Eagle, pero no traza con rotulador tan bien como HP-GL ya que genera sólo los contornos de las pistas y pads. Está más pensada para grabar el circuito en el cobre usando una broca en v.
HP-GL es un lenguaje de control de la impresora creado por Hewlett-Packard (HP) y fue durante muchos años el lenguaje principal utilizado en plotters. Es desde luego la mejor opción para trazar con un rotulador.
IMPORTANTE: TwinTeeth soporta HP-GL a partir de la versión 2, así que tendrás que descargarte la última versión del firmware y de TwinTeethMC e instalarlos (si no lo hiciste antes). Puedes hacerlo desde el capítulo de instalación de software.
Los archivos HP-GL se generan usando el procesador CAM de Eagle. Abrelo y configúralo de la siguiente manera:
Configura los siguientes parámetros:
- Device: HPGL
- Scale: 1
- Offset: cero (x e y)
- Pen diameter: 0.5mm (pon aquí el tamaño de la punta en mm)
- Velocity: 6 (velocidad en mm por segundo)
En el campo Style:
Marca el campo Optimize y el campo Mirror.
Atención: no marques el campo pos.coord ya que eliminará las coordenadas negativas y TwinTeeth las utiliza.
En el campo Field escribe el Path y el nombre del fichero, por ejemplo C: \Users\MyUser\TwinTeeth\PCBFiles\blinker.hp
Es muy importante que el fichero termine con la extensión .hp. En caso contrario TwinTeethMC no será capaz de encontrarlo.
Finalmente, en la ventana de la derecha, indica las capas que quieres trazar: normalmente la capa de abajo (Bottom) y la de pads y vías.
Entonces pulsa en el botón de procesar (Process Section o Job) para generar el fichero.
Preparando la PCB
El siguiente paso consiste en preparar físicamente la PCB para procesarla. Necesitarás lo siguiente:
- Una trozo de PCB virgen
- Una escuadra y un rotulador
- Una pequeña sierra
- La plantilla de aluminio de la plataforma
- Una broca de 2.5mm
- Cinta adhesiva de papel
- Cuatro pines de 8mm x 2.5mm
- Una taladradora
- Lija fina y lana de acero también fina
- Una lima redonda
La plantilla es necesaria porque es casi imposible alinear a mano los agujeros de la PCB con los de la plataforma.
Primero marca con la regla y el rotulador las dimensiones de la PCB (40x50mm) y córtala con la sierra.
Ponla centrada en la plantilla de aluminio y comprueba que cuatro agujeros de la misma están cerca de las esquinas de la PCB y en la posición correcta. Entonces sujeta la PCB a la plantilla con un poco de cinta adhesiva.
Vamos a taladrar. Necesitarás una broca de 2.5mm. Dale la vuelta a la plantilla y úsala como guía para taladrar el primer agujero
Entonces inserta un pin en el agujero para sujetar la PCB a la plantilla.
Taladra otro agujero en la esquina contraria e inserta otro pin de la misma manera.
Cuando la placa esté sujeta con los dos pines más la cinta adhesiva entonces puedes taladrar los otros dos agujeros con seguridad de que quedarán alineados. Al terminar quita los pines y la cinta adhesiva.
Ahora repasa los agujeros con un cutter o una lima para eliminar restos de cobre. Comprueba que los pines entran y salen con facilidad, pero sin demasiada holgura.
Lija la placa con lija fina y lana de acero hasta que brille.
Límpiala con agua y jabón o con acetona para eliminar restos de grasa, suciedad, etc. Por último sécala y sácale brillo con un trapo limpio.
La placa está lista para ser usada.
Trazando el diseño
En esta sección vamos a ver cómo trazar el diseño.
Primero inserta el rotulador en el agujero del hexágono del Cabezal del Rotulador. Tiene que sobresalir aprox. 40mm por el otro lado. Comprueba que queda sujeto y vertical.
Instala el cabezal en TwinTeeth y sujétalo con los retenedores. Enciende la fuente de alimentación.
Ejecuta TwinTeehMC y conecta con el robot.
Selecciona la pestaña Pen tool (si no está seleccionada) para usar el Cabezal del Rotulador.
Haz click en el botón de calibración y resetea la configuración de la herramienta. Pon la posición mínima de Z por ejemplo a -0.3mm.
Ahora haz home y una vez la plataforma esté abajo y quieta, sujeta a ella la PCB mediante cuatro pines de 8mm.
Verás en las fotos que solemos usar un trozo de contrachapado de 2,5mm de espesor como tablero de sacrificio entre la PCB y la plataforma de aluminio. Este tablero es opcional pero con él los pines de 8mm quedan a ras de la PCB y no sobresalen nada. Tiene además la ventaja de que si luego tienes que taladrar (que suele ser la siguiente tarea) no hay que ponerlo.
Puedes hacer fácilmente tu propio tablero de sacrificio taladrándolo con la plantilla de aluminio.
Ten en cuenta que los pines tienen un encastre en un extremo y son redondos por el otro. Cuando los instales en la plataforma la parte redondeada tiene que quedar hacía arriba.
A veces los pines se ajustan tan bien al agujero que son difíciles de sacar. Nuestra sugerencia es utilizar unos pequeños alicates de punta fina para hacerlo. Otra ventaja del contrachapado es que no rayamos con los alicates la plataforma.
Inserta los pines en los agujeros de la plataforma.
Luego instala el contrachapado y encima de él la PCB. Puedes poner más pines fuera del área de la PCB para sujetar mejor el contrachapado si lo deseas.
Configurando la Posición de Inicio
Antes de continuar tienes que configurar la Posición de Inicio ya que el robot desconoce la distancia que hay desde la punta del rotulador a la superficie de la PCB.
Mueve la plataforma hasta que la punta del rotulador toque casi la superficie de la PCB. Comprueba entonces que apunta al centro de la plataforma y muevela si fuese necesario. Luego mueve el eje Z las últimas décimas de milímetro hasta que la punta toque la superficie de la PCB.
Finalmente haz click en el botón Set Program Zero para configurar la posición actual como el origen de coordenadas. Haz click también en el botón Calibrate para ocultar los controles de calibración.
Ahora ya podemos trazar la PCB.
Haz click en el botón Load File y selecciona el fichero .hp que creaste con Eagle. Una vez cargado verás la representación del circuito en el Area de Simulación.
Entonces pulsa el botón Run para comenzar el trabajo.
Verás cómo TwinTeeth hace home, luego mueve la plataforma a la posición (0,0,0) y entonces empieza a trazar el circuito.
Mientras que TwinTeeth está trazando podrás ver la evolución del trabajo (en color azul) en el Area de Simulación.
Una vez el trabajo finalice, la plataforma se moverá hacía abajo para que puedas quitar la PCB de la plataforma.
La PCB está lista!
Grabando el cobre con ácido
Una vez que la PCB haya sido trazada con el rotulador sólo tienes que usar tu ácido favorito para grabar el cobre. No vamos a ver este proceso en el tutorial porque está fuera de su alcance, pero si tienes dudas en Internet encontrarás amplia información. Finalmente retira la tinta del rotulador con alcohol o acetona y ya tienes la PCB lista.
Trazando Texto
Puedes también trazar texto usando TwinTeeth.
Basta con escribir el texto en Eagle o en cualquier otro programa compatible con HP-GL, generar el correspondiente archivo y ejecutar el código.
Aquí finaliza este capítulo. En el siguiente veremos cómo usar el láser para fotograbar PCBs en película sensible o placas pre-sensibilizadas.
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