PCBs/Leiterplatten selbst herstellen
Gravieren oder Isolationsfräsen von PCBs/Leiterplatten mit einer CNC Fräsmaschine
Es gibt drei Möglichkeiten Verdrahtungen für Elektronikbauteile im Hobbybereich nach einem Schaltplan herzustellen:
- die Verdrahtung per Hand
- die Leiterplatte entwerfen und von einem Leiterplatten-Lieferanten herstellen lassen
- die Leiterplatte entwerfen und selbst im Ätzverfahren herstellen ... oder
- die Leiterplatte entwerfen und auf einer CNC Maschine gravieren - wie geht das?
Das Gravieren oder auch Isolationsfräsen von Leiterplatten für Einzelstücke ist erst möglich geworden, seit dem es preiswerte CNC Maschinen ausreichender Präzision gibt. Wie und wie gut das funktioniert möchte ich in diesem Projekt beschreiben.
Leiterplatten(LP) oder PCB(*) für elektronische Bauteile sind eigentlich schon lange Stand der Technik und gegenüber der Handverdrahtung ein sehr großer Vorteil. Bei kleinen Stückzahlen und Prototypen ist die Lieferanten-Fertigung zu teuer und/oder mit 3-4 Wochen Lieferzeit etwas lang. Die eigene Herstellung in Atztechnik ein verhältnismäßig großer Aufwand und mit dem Hantieren von Chemikalien verbunden. Ich habe alles schon mal versucht und ausser der aufwändigen Handverdrahtung war keine der Möglichkeiten wirklich überzeugend. Also habe ich einen neuen Versuch gestartet um herauszufinden ob das sog. Isolationsfräsen von Leiterplatten eine Alternative ist.
CNC Fräse 3018
Zunächst beschreibe ich welche CNC-Maschine/Gravierer ich benutze und wie man diese "kleine" CNC-Maschine
CNC 3018-PRO(1) so einstellt dass diese präzise genug für das Isolationsfräsen arbeitet. Der Arbeitsbereich von 300x180mm ist für die meisten Elektronikprojekte ausreichend. Es gibt diese Maschine bereits ab ca. 200€. Jedoch sind verschiedene Ausführung auf dem Markt. Also bitte die Unterschiede beachten und eine Ausführung möglichst gleich mit X-Y-Z Endschalten und Z-Achsen-Taster erwerben. Bei den Ausführungen ohne Endschalter sind diese Hardware-Endschalter und der Z-Achsen-Taster jedoch nachrüstbar - eine sehr wichtige Ergänzung. Ein Offline-Controller wird (wurde bei mir) nur einmal und dann praktisch nicht mehr verwendet, ist aber immer bei den Bausätzen dabei.
Zubehörteile zum Isolationsfräsen
Es folgt eine Beschreibung der selbstentworfenen
Zubehörteile aus dem 3D-Drucker. Dieses Zubehör ist aus meiner Sicht wirklich notwendig um ein gutes Ergebnis beim Isolationsfräsen zu erziehlen. Besonders wichtig ist die Aufspann-Vorrichtung für eine Leiterplatte auf dem Frästisch. Diese muss möglichst eben zu den X-Y Verfahrwegen der CNC-Maschine sein.
Leiterplatten herstellen
Wie wird nun eine
Leiterplatten entwickelt und herstellt. Welche Software (SW) kann dafür verwendet werden, wie wird diese SW eingestellt und was es sonst noch beim Isolationsfräsen zu beachten gibt. Die komplette Herstellung einer einseitigen Leiterplatte auf der CNC umfasst mehrere Schritte. Zunächst werden die Isolationsbahnen aus der Kupferoberfläche gefräst (eingaviert), dann werden die Bohrlöcher hergestellt und zum Schluss der Umriss der Leiterplatte ausgefräst. Für alle 3 Schritte ist ein eigenes Fräs-Werkzeug (Stichel, Bohrer, Fräser) und ein Werkzeugwechsel notwendig. Wird auf diese Weise eine doppelseitige Leiterplatte hergestellt sind weitere Schritte notwendig.
Vorneweg zu meinem Vergleich am Anfang ...
insgesamt gesehen ist auch dieses Verfahren leider nicht einfach zu handhaben.
Als erstes die
CNC Fräse 3018
(1)SainSmart Genmitsu CNC-Fräsmaschine 3018-PROVer mit GRBL Offline-Steuerung
(*)PCB = Printed Circuit Board
Quelle: www.sainsmart.com/products/sainsmart-genmitsu-cnc-router-3018-prover-kit
