Rainer-Rebhan

PCBs/Leiterplatten selbst herstellen - CNC 3018

CNC Fräsmaschine 3018

Eine der preiswerteren Maschine ist die 3018. Eine mit 3 Achsen Mini DIY CNC Router/Graviermaschine und einem Arbeitsbereich von 300 x 180 mm. Es gibt verschiedene Ausführungen dieses Models. Jedoch sollte nur einen 3018 PRO, also in der stabileren Ausführung, in die engere Wahl kommen. Zunächst einige tech.Daten die bei allen 3018 gleich sind: Abmessungen ca: 35 x 42 x 29cm Tisch/Gravurfläche: 30 x 18 x 4,5cm Spindel: 775 Spindelmotor (12-36 V) 24 V: 10000 U/min Software: GRBL-Steuersystem, Grbl control(Candle) Netzteil: 24V 5A Adapter Schrittmotore: Rumpflänge: 34 mm, Strom: 1,33 A, 12V Moment: 0,25 Nm SW für Windows XP / Win 7 /8 /10 im Lieferumfang
Ich habe mich für die Ausführung von SainSmart Genmitsu CNC Fräs-/Graviermaschine 3018-PROVer entschieden. Die neueste Version der 3018 Desktop CNC DIY Serie. Sie ist weitestgehend vormontiert und dadurch mit minimalem Aufwand in weniger als einer Viertelstunde aus der Verpackung heraus montiert - so der Lieferant. Die Steuerung der 3018-PROVer basiert nach wie vor auf dem Open-Source-Treiber Grbl v1.1. Die Hardware bietet jedoch noch leistungsstärkere und zugleich leisere Schrittmotor-TB6S109-Treiber mit erhöhter Lebensdauer und Leistung sowie zusätzliche Optokoppler. Der Aufbau ist in Vollaluminium mit zusätzliche Stabilität zum Fräsen von vielen Materialien. Mittels des großen LCD-Displays des Offline-Controllers lässt sich die Fräsmaschine auch ohne einen Computer steuern. Die 3018-PROVer hat einen Not-Aus-Schalter, die Endschalter für alle 3 Achsen sind eingebaut und der wichtige Taster für die Z-Achse ist auch dabei.

Der Zusammenbau

Der Zusammenbau dieser Maschine ist in gut einer Stunde zu erledigen. Mechanik geht wirklich schnell - aber dann ist ja auch noch die komplette Verdrahtung herzustellen und alle Endschalter zu montieren. Ich möchte das hier nicht nochmal ausführlich beschreiben. Hierzu gibt es viele Videos im Netz z.B. Sainsmart 3018 PROVer Mini Cnc Build, Test and Review - Part 1+2, speziell für die PROVer.

Erste Tests

Einen ersten Test der Maschine macht man mit dem Offline-Controller. Bei der PROVer ist dieser etwas komfortabler, aber mit den selben Funktionen wie bei allen anderen Ausführungen und Bausätze. Über Tasten und dem Display kann man die Schrittmotoren ansteuern und so die wichtigsten Funktionen der Machine testen. Das hat bei mir auch sofort alles funktionieren. Falls nicht - dann muss man erst den oder die Fehler suchen und beheben. Auch hier sind die genannten Videos sehr hilfreich. Erst wenn alle Grundfunktionen funktionieren, sollte die Maschine kalibriert werden. Aber zunächst kommt das mitgelieferte Steuerprogramm CANDLE zu einem ersten Einsatz.

Das CNC-Steuerprogramm CANDLE

Nehmen sie sich etwas Zeit und machen sie sich mit dem Steuerprogamm der Maschine vertraut. Das ist sehr wichtig, da die sog. Jogging-Funktion und das Null-Stellen der X, Y und Z-Achse im Fräsprozess oft verwendet werden. Zur Einarbeitung in das Prog. und zur nachfolgenden Kalibrierung muss die Maschine online mit dem PC verbunden werden. Der Offline-Controller wird vorher abgezogen und eine USB Verbindung zum PC (vorher USB-Treiber laden) hergestellt werden. Auch das hat bei mir sofort funktioniert. Ich habe wichtige Beschreibungen (als PDFs) zum Programm und zur Einstellung der Maschine einmal ins Deutsch übersetzt. Eine mögliche Reihenfolge für diese Lektüre, auch mit den jeweiligen Tests, an der Maschine wäre:

Kalibrierung der Maschine

Die Kalibrierung der Maschine in der X - Y - Z -Achse stellt sicher, dass die Verfahrwege aller Achsen eine sehr hohe Millimeter-Genauigkeit hat. Das ist für das Leiterbahnfräsen sehr wichtig, nur dann stimmen z.B. die Anschluß-Abstände eines DIL-Gehäuses genau. Das Programm CANDLE kann im IDLE-Mode alle Achsen über die Angabe eines Verfahrweges (0,001- 0,1 - 1 - 5 - 10 - 100 mm) und einer Geschwindigkeit bewegen. Denn alle Achsen müssen kalibriert werden. Das Videos unter Sainsmart 3018 PROVer Mini Cnc Build, Test and Review - Part 2 beschreibt dies ausführlich. Die Werte der Kalibrierung werden im Programm unter den GRBL-Festwerten($$) für X = $100, Y = $101, Z = $102 hinterlegt. In der Regel werden hier andere Werte d.h. neu ausgerechnete Werte, als die vorgegebenen eingetragen.

Start- und Kalibrierung-Werte der 3018 und GRBL/G-Code Infos

Bei der Kalibrierung werden bestimmte Werte in der Steuerung der 3018 verändert. Diese und noch andere Werte werden fest in der Maschine gespeichert und bleiben auch nach dem Abschalten der Elektronik erhalten. Eine Liste (als PDFs) aller Werte finden sie hier: Es ist auch erforderlich etws Verständnis für die Verwendung des G-Code und für GBRL, das letzlich die Maschine steuert, anzueignen. Deshalb hier einige Infos zum GBRL und zu den G-Code Befehle.

Die Frästisch-Justage in X-Y Achse

Beim Isolationsfräsen von Leiterbahnen auf einer Leiterplatte (LP) mit einer 35 um dicken Kupferschicht werden nur ca. 0,1mm tiefe und 0,1 - 0,2mm breite Isolationsbahnen gefräst. Hierzu muss der Tisch, mit der aufgespannten Leiterplatte, absolut genau parallel zur X- und Y Achse justiert sein. Falls das nicht der Fall ist werden die Isolationsbahnen über den Verfahrweg unterschiedlich tief, unterschiedlich breit oder auch überhaupt nicht gefräst bzw. graviert. Was zu Fehlern in der Isolation führen kann und die LP unbrauchbar macht. Die nachträgliche Justage des Tisches ist aber leider nur in geringen Maße möglich. Trotzdem habe ich versucht die X-Achse und die Y-Achse durch Öffnen <-> Anziehen der Verschraubungen zu justieren. Hierzu habe ich eine Messuhr auf der Z-Achse befestigt und die Verfahrwege in X-Richtung ca. 200mm und in Y-Richtung ca. 100mm nachgemessen. Letztlich konnte ich beide Achsen bis auf 0,2mm Genauigkeit nachjustieren - was aber immer noch nicht genau genug ist. Höhere Genauigkeit der Anpassung gelingt mit meiner Aufspannvorrichtung für Leiterplatten und dann noch später mit einem speziellen Verfahren - dem sog. Height-Mapping innerhalb der SW Candle. Auf diese zum Leiterplatten-Fräsen unverzichtbare Höhenprofilmessung gehe ich bei der Herstellung bzw. Isolationsfräsen von LP noch genauer ein.

Alle wichtigen Informationen zur 3018 PRO / PROver

Genmitsu 3018-PROVer Resources Genmitsu CNC Resources 3018 PRO Handbuch
Quelle: www.sainsmart.com/products/sainsmart-genmitsu-cnc-router-3018-prover-kit
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