Gravure Mécanique PCB : Différence entre versions

Version du 24 avril 2017 à 18:28

Mode d'emploi de la gravure d'un PCB simple couche avec la fraiseuse du laboratoire LAB6.

Présentation

Le modèle de CNC disponible au fablab est ???

Fix Me !

Vous pouvez ajouter les informations manquantes !!! modèle et photo

Niveau de difficulté

Installation

PCB2GCODE

Outil de conversion Gerber vers G-code

cf https://github.com/pcb2gcode/pcb2gcode

 sudo apt-get update
 sudo apt-get install build-essential automake autoconf autoconf-archive libtool libboost-program-options-dev libgtkmm-2.4-dev gerbv git
 git clone https://github.com/pcb2gcode/pcb2gcode.git
 cd pcb2gcode
 autoreconf -fvi
 ./configure
 make
 sudo make install

PCB2GCODEGUI

Interface graphique pour pcb2gcode

cf https://github.com/pcb2gcode/pcb2gcodeGUI

 sudo apt-get install build-essential git qt5-default libqt5svg5-dev
 git clone https://github.com/pcb2gcode/pcb2gcodeGUI.git
 cd pcb2gcodeGUI/
 qmake
 make
 sudo make install

g-commander

Logiciel de contrôle de la fraiseuse

 git clone https://gitlab.com/Pilatomic/g-commander.git
 sudo apt-get install libqt5serialport5-dev
 cd g-commander/
 qmake
 make

Utilisation

La CNC du fab fonctionne avec des fichiers G-code. Pour la réalisation de la gravure d'une carte simple face, trois fichiers sont nécessaires :

Fichier de détourage des pistes (calque B.Cu)
Fichier de contours de la carte (calque Edge Cuts)
Fichier de perçage

Voici en résumé les étapes pour créer ses fichiers et utiliser la CNC :

Réalisation du schéma de la carte avec Kicad Pcbnew
Exporter le fichier PCB Kicad au format Gerber
Exporter le fichier de perçage Kicad au format Excellon
Transformer les Gerber et Excellon en fichiers G-code
Réaliser la carte

Réaliser sa carte avec Kicad Pcbnew

Reportez-vous à cette page pour prendre en main ce module de Kicad : Utilisation de Kicad Pcbnew

Avant de se lancer dans l'export, vérifier que votre projet de carte respecte les prérequis suivants :

Paramètres Kicad
Distance	Valeur minimale (mm)
Largeur de piste	1 mm
Ecart entre deux pads	0,5 mm
Ecart entre deux pistes	0,5 mm

Le tracé des pistes aura été réalisé sur le calque B.Cu (coté cuivre de la plaque à graver)
La carte dispose d'un plan de masse. La CNC va détourer uniquement les pistes dessinées sans enlever le cuivre du plan de masse
Le projet dispose d'un contour dessiné dans le calque Edge.Cuts

Exporter le tracé des pistes au format Gerber

Depuis le module Pcbnew de Kicad, cliquer sur le bouton Plot dans la barre d'outil ou menu File puis Plot.

Dans la boîte de dialogue, vérifier que :

Le format d'export est bien Gerber
Sélectionner un répertoire où seront enregistrés les fichiers créés
Les options cochées sont bien identiques à la capture suivante :

Cliquer sur le bouton Plot au bas de la fenêtre.

Kicad va créer autant de fichiers Gerber que de couches sélectionnées. Les couches à exporter impérativement sont :

B.Cu : Cuivre arrière, là où sera gravé le circuit
Edge.Cuts : Contour de la plaque

Exporter le fichier des perçages

Le fichier contenant les positions et les diamètres des perçages (drill file) est au format Excellon.

Cliquer sur le bouton Generate Drill File de la boite de dialogue Plot précédente
Sélectionner les répertoire où sera enregistré le fichier de perçage
Vérifier que les options cochées soient identiques à la capture suivante :

Cliquer sur le bouton Drill File

Kicad va générer un fichier portant l'extension .drl dans le répertoire de destination.

A ce niveau d'avancement, vous disposez de l'ensemble des fichiers nécessaires pour la gravure de la carte mais pas au format interprété par la CNC. L'étape suivante va permettre la conversion de ces fichiers au format G-code.

Du format Gerber et Excellon vers le format G-code

Pour cela, on utilise le programme pcb2gcodeGUI. A la première utilisation, il va falloir créer le fichier de configuration stockant les options nécessaires au bon fonctionnement du programme pour la CNC du fab.

Créer un fichier texte avec le contenu suivant : Fix Me !

Vous pouvez ajouter les informations manquantes !!! Paramètres de configuration de pcb2gcodeGUI

# Configuration file generated by pcb2gcodeGUI version 0.1 on ven. oct. 28 22:22:49 2016
  
# Common options
#@#dpi=1000
metric=true
metricoutput=true
mirror-absolute=false
nog64=true
optimise=true
tile-x=1
tile-y=1
tolerance=0.0100
vectorial=true
zchange=10.0000
zero-start=true
zsafe=5.0000

# Mill options
#@#extra-passes=0
mill-feed=600
mill-speed=10000
#@#offset=0.1500
voronoi=true
zwork=-0.0500

# Drill options
drill-feed=50
drill-side=auto
drill-speed=10000
milldrill=false
#@#milldrill-diameter=3.0000
nog81=true
nog91-1=true
onedrill=false
zdrill=-2.5000

# Outline options
bridges=0.5000
bridgesnum=2
cut-feed=600
cut-infeed=10.0000
cut-side=auto
cut-speed=10000
cutter-diameter=3.0000
fill-outline=true
#@#outline-width=0.2000
zbridges=-0.6000
zcut=-2.5000

# Autoleveller options
al-back=false
al-front=false
#@#al-probecode=G31
al-probefeed=100
#@#al-probevar=2002
#@#al-setzzero=G92Z0
al-x=15.0000
al-y=15.0000
software=LinuxCNC

Lancer pcb2gcodeGUI

 pcb2gcodeGUI

Puis cliquer sur File, load configuration file, et sélectionner le fichier précédemment créé.

Sur le premier onglet Input/output :

Dans la zone Back, sélectionner le fichier Gerber contenant le calque B.Cu généré par Kicad

L'application peu afficher un message inquiétant :

Il essaye de vous expliquer avec ces mots à lui que l'algorithme qui va convertir le tracé dessiné sous Kicad en zones délimitées en vue de la gravure a besoin d'avoir une bordure extérieure pour fonctionner. On va la lui fournir.

Cliquer sur Ok pour acquitter le message
Dans la zone Outline, sélectionner le fichier Gerber contenant le calque Edge.cuts
Dans la zone Drill, sélectionner le fichier Excellon (.drl) contenant le détail des perçages
Dans la dernière zone Output folder, choisir un répertoire où seront exportés les fichiers G-code

La prévisualisation à droite donne une idée du rendu.

Cliquer sur le bouton Start au bas de la fenêtre pour démarrer la conversion en G-code.

Pcb2gcode va créer des fichiers d'extensions .ngc :

back.ngc	Tracé des pistes
outline.ngc	Contour extérieur de la carte
drill.ngc	Position des perçages

A la fin de cette étape, les fichiers sont prêts pour la gravure de la carte par la CNC.

Réalisation de la carte

Préparation de la CNC

Le soin apporté à cette étape de préparation va grandement conditionner la qualité de la réalisation de la carte !

Débrancher électriquement la CNC
S'assurer de la propreté du martyr (surface de gravure) de la machine ainsi que la plaque : un déchet d'une épaisseur infime peut créer une bosse ou relever légèrement un coin de la carte à graver et nuire à la qualité générale de la gravure.
Coller la carte époxy au martyr avec de l'adhésif double-face,la face cuivrée visible

L'adhésif doit couvrir au moins les trois quarts de la surface de la carte

Astuce : Si vous recycler des plaques photosensibles, utiliser de l'acétone ou de l'alcool à brûler (moins nocif) pour retirer la couche superflue.

Monter une pointe javelot sur la pince de l'axe de la broche

Attention : L'outil est tranchant !

A partir de ce moment, il est fortement recommandé de porter des lunettes de protection pour le cas où la pointe de l'outil viendrait à casser.
Vérifier que l'interrupteur de la broche est sur 0 (petit interrupteur en bas).
Brancher l'alimentation électrique de la CNC et le cordon USB au PC.

Initialisation de la CNC

Allumer la CNC (uniquement la machine, interrupteur du haut) Démarrer le programme G-Commander

g-commander

L'interface se découpe en plusieurs panneaux qui peuvent être réorganisés à votre goût

Le panneau Board gère la connexion à la carte contrôleur de la CNC
Le panneau GCode Project va permettre l'ouverture du fichier G-code à tracer
Le panneau Controls pour les modes de fonctionnement de la machine
Le panneau Movements autorise les déplacements
Le panneau Positionaffiche les coordonnées de l'outil et permet aussi d'enregistrer l'origine relative (coin de la carte) pour débuter la gravure
Le panneau Visualizer donne la vue 3D de la position de la broche et du tracé de la carte

Etablir la connexion avec la CNC

Panneau Board, sélectionner le port USB et la vitesse de communication (115200) de la CNC
Cliquer sur le bouton rouge pour établir la connexion. Il passe au vert et le champ Status doit afficher "On line".

Charger un fichier G-code

Depuis le panneau Gcode Project, cliquer sur le bouton "Open" et chercher le fichier G-code back.ngc généré à l'étape précédente. La zone Visualizer se met à jour et rend un aperçu 3D du travail à accomplir par la machine. Vous pouvez interagir avec la zone d'aperçu :

Clic gauche : Rotation 3D autour de la scène
Roulette : Zoom
Clic droit : Déplacements latéraux

Simuler les jobs

Cette étape permet de vérifier que la syntaxe des fichiers G-code du projet sera bien comprise par la CNC. Concrètement, G-commander va envoyer les instructions G-code à la carte CNC qui va acquitter la connexion et accepter les commandes transmises.
Si une instruction est erronée, un message d'avertissement vous indiquera qu'une correction est à apporter au préalable de la réalisation de la carte. Dans le panneau Controls, basculer en mode Simulation avec le bouton bien nommé "Simu mode". Bouton "Simu mode" enfoncé, cliquer ensuite sur le bouton "Go" du panneau GCode project. Les instructions G-code vont défiler à grande vitesse et le programme vous informera d'éventuelles erreurs de syntaxe rencontrées.
Répéter l'opération pour l'ensemble des fichiers G-code que vous allez graver. Il est important de réaliser cette opération AVANT d'avoir initialisé les origines.

Correction des erreurs : Si vous rencontrez un message d'avertissement de ce type :

Pour corriger l’erreur, il faut éditer le fichier G-code (éditeur de texte basique) et supprimer la ligne en erreur.
Enregistrer le fichier.
Depuis G-Commander, charger à nouveau le fichier et relancer la simulation. Quand tous les fichiers G-code sont simulés sans erreur, cliquer à nouveau sur le bouton "Simu mode" pour sortir et revenir au monde réel.

Exécution de la gravure

On y est, cette étape va lancer la gravure à proprement parlé.
Ouvrir le fichier G-code back.ngc .
Vous pouvez suivre l’évolution du job dans la vue 3D :
La pointe orange indique la position de l’outil.
Le contour du tracé est :

gris pour l’aperçu
devient bleu quand les instructions du tracé sont parvenues dans la mémoire de la CNC (commandes acceptées en attente de réalisation par la carte)
vert quand le tracé est physiquement gravé

Prise des origines

Il va falloir apprendre à la machine à savoir où se trouve la carte à graver. Pour cela, il faut initialiser l’origine des trois axes.
Dans la vue 3D, en bas à gauche de la gravure sous l’outil est dessiné un repère qui montre la position de l’outil à son origine. On va faire coïncider ce repère virtuel avec le coin inférieur gauche de la carte positionnée sur le martyr. On va commencer par positionner l’origine des axes X et Y qui sont ceux présents dans le plan du martyr :
On va déplacer le martyr et la broche. Assurez vous que la pointe javelot soit suffisamment haute pour éviter une collision fâcheuse avec la carte à graver.
Dans le panneau Movements, utiliser les boutons X+/- et Y+/- pour déplacer la pointe javelot dans le coin inférieur gauche de la carte à graver. Garder à l’esprit que le collage de votre carte sur le martyr n’est pas strictement parallèle aux bords. Conserver une marge intérieure suffisante pour pallier ce défaut d’alignement.
La zone de saisie Distance permet d’ajuster le pas de déplacement. La mesure indiquée est exprimée en mm. Conserver une valeur importante pour les déplacements longs, diminuer la valeur pour un ajustement précis. Toujours sortir de la zone de saisie par une tabulation pour s'assurer que la valeur saisie soit appliquée par le programme.
Au niveau de la vue 3D, vous observerez que l’outil s’est déplacé au loin de votre plaque.
Une fois la position idéale trouvée, cliquer sur les boutons "Set to 0" des axes X et Y dans le panneau Position.