Faça uma unidade de exposição PCB adequada com uma lâmpada UV de cura de unhas barata: 12 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

O que a produção de PCB e as unhas postiças têm em comum? Ambos usam fontes de luz ultravioleta de alta intensidade e, por sorte, essas fontes de luz têm exatamente o mesmo comprimento de onda. Apenas os para produção de PCB costumam ser bastante caros e os de unhas postiças têm preços um pouco mais competitivos.

Este instrutivo é sobre como usar tal dispositivo para construir uma fonte de luz de baixo custo, adequada para expor os vários materiais sensíveis a UV encontrados na produção de placa de circuito impresso, como filme fotorresistente seco e máscara de solda curável por UV.

Além de ter um custo muito baixo (cerca de US $ 20 para todos os materiais necessários), esta compilação aborda alguns problemas que vi em outros dispositivos nos intertubos:

• Colimação: para simplesmente expor uma placa com recursos bastante rudes, você não precisaria fazer nada disso. Você poderia simplesmente usar o secador de unhas como está e encerrar o dia. Mas para ser capaz de expor pequenas feições (até 5mil, de acordo com este site), você tem que ter certeza de que todos os seus raios UV vêm da mesma direção, que é exatamente perpendicular à placa que você está expondo.
• Uniformidade de iluminação em todo o plano de exposição. Imagine que você deseja expor um quadro muito grande, por exemplo, Tamanho A4 ou Carta. Você deseja a mesma quantidade de energia em todo o tabuleiro, sem pontos quentes ou escuros. Para isso, a fonte de energia deve ter uma certa distância do plano de exposição e você precisa de um conjunto compacto de fontes de UV (como LEDs de UV, que podem ser bastante caros) ou de um design de refletor eficaz para as fontes de UV você tem em mãos, que é o que eu inventei.
• Tempo de exposição: Não tenho ideia de quão rápida essa fonte é com material revestido de cobre positivo pré-sensibilizado, já que nunca usei esse material, mas com filme fotorresistente seco parece muito rápido. Tipo, menos de dois minutos rápido. A questão é que não estou realmente qualificado para interpretar corretamente os resultados, então tenho que reunir mais algumas opiniões sobre este.

Portanto, embora tenha um custo muito baixo, esta construção permitirá que você obtenha resultados que correspondem, ou (em alguns casos) até mesmo superar os de dispositivos que são até 10 vezes mais caros.

Etapa 1: Ferramentas necessárias

• Tesoura forte
• Algum tipo de serra ou (de preferência) roteador CNC para cortar os gabaritos refletores
• Cortador de espuma de arame quente (muito fácil de fazer!)
• Pistola de cola quente
• Chave de fenda velha (qualquer tipo serve)
• Ferro de soldar, cortador de fio
• Fonte de ar quente. Um isqueiro serve, mas uma estação de retrabalho de ar quente é mais agradável:)

Etapa 2: Materiais

• Lâmpada ultravioleta de cura de unhas como esta
• Pedaço de 300x220x100 mm de XPS ou placa de espuma semelhante (se você não conseguir o material de 100 mm, você pode usar um estoque mais fino, apenas certifique-se de que é pelo menos ~ 60 mm)
• fita de alumínio para encanadores
• arame
• tubo encolhível
• abraçadeiras
• solda
• fita adesiva
• bastões de cola quente
• dois pedaços de madeira compensada de sucata, papelão grosso, material de PCB ou similar, com pelo menos 110x60mm de tamanho

Etapa 3: Downloads

Aqui estão os arquivos para fazer os modelos do refletor e a arte final da placa de calibração aprimorada.

Para o modelo do refletor, existem dois arquivos de código G, um para fresamento e um para corte a laser. Também existe um SVG. A arte da placa é fornecida como um arquivo de águia e um arquivo PS invertido.

Etapa 4: rasgue a lâmpada UV de cura de unhas

Primeiro, você precisa obter as luminárias e o PCB da lâmpada de polimerização de unhas. Desaparafuse todos os parafusos, desconecte todos os plugues e desosolde os fios dos acessórios, pois todos eles devem ser alongados de qualquer maneira.

Em seguida, corte os acessórios do gabinete. Certifique-se de não fazer isso com as lâmpadas instaladas, ou elas podem travar! Você não tem que trabalhar super limpo, apenas tome cuidado para cortar todo o excesso de material na lateral da lâmpada, pois esta ficará colada no refletor, e por isso tem que ser nivelada.

Etapa 5: calcular o refletor e fazer um modelo

Se isso não for seu, você pode pular esta etapa, porque eu fiz isso por você.:)

Para quem quiser saber, aqui vai:

Um refletor parabólico é uma boa maneira de focalizar raios paralelos em um único ponto, mas também funciona ao contrário.

Como você já deve ter notado, os tubos UV do secador de esmaltes não são tubos fluorescentes redondos regulares com um contato em cada extremidade, pois são usados na maioria das unidades comerciais para amadores.

Portanto, nosso refletor também não é uma forma de parábola regular, mas duas sobrepostas.

Aqui estão as medidas dos tubos:

Diâmetro do tubo = 11 mm

Deslocamento do tubo do centro = 7,5 mm

Largura total do refletor = 110 mm (metade do plano de exposição)

Ponto focal desejado = 12 mm (deixa cerca de 6 mm entre a parede do tubo externo e a parede do refletor. Deve ser o suficiente, pois os tubos não ficam muito quentes)

Para uma parábola única regular que se traduz nesses valores:

Largura da parábola = 95 mm

Foco de parábola = 12 mm

A equação para uma parábola (incluindo o foco) é assim:

y = x ^ 2 / 4f onde x é a metade da largura ou diâmetro, f é o comprimento focal ey é a altura que queremos saber.

Com nossos valores conectados, a equação fica assim:

y = 47,5 ^ 2/4 * 12 = 2256,25 / 48 = 47

Portanto, nosso y em x = 47,5 é 47. Agora, tudo o que temos a fazer é representar graficamente duas dessas parábolas e sobrepô-las com 15 mm de distância. Existem várias maneiras de fazer isso. Usei o freeCAD, que provavelmente não é a melhor maneira de fazer isso, então não vou entrar nele.

Uma vez que você tenha uma representação gráfica do formato do seu refletor, tudo o que resta é encontrar uma maneira de transferi-lo para um objeto físico, o que pode ser feito por meio de um cortador a laser, uma fresadora CNC ou da maneira antiga com um fretsaw e muitos palavrões. Lembre-se de que o material do seu gabarito deve suportar o calor do cortador de fio quente.

Etapa 6: corte o refletor

Antes de cortar seu único pedaço de caldo de espuma, é uma boa ideia praticar um pouco. Além disso, antes de cortar a forma real do refletor, você deve cortar todos os outros recessos que deseja em seu bloco de espuma (para a montagem e para acomodar a placa de fonte de alimentação para as lâmpadas UV). Você pode fazer orifícios de montagem aquecendo uma chave de fenda velha com um isqueiro ou uma pistola de ar quente e enfiando-a na espuma.

Prenda os gabaritos na placa de espuma, de modo que fiquem exatamente opostos um ao outro. Você pode usar cola quente para isso, mas tome cuidado para não usar muito, para que possa retirá-la sem destruir a espuma posteriormente. Em seguida, corte a espuma sob os modelos com um cortador de fio quente. Observe que o comprimento de corte do fio quente deve ser de pelo menos toda a largura do refletor, ou seja, 300 mm.

Se metade do refletor estiver pronta, remova cuidadosamente os modelos e cole-os na outra metade. Corte a espuma, remova os modelos e pronto com esta etapa.

Algumas palavras sobre como fazer e usar um cortador de arame:

Fiz um muito simples com alguns pedaços de madeira, um pouco de arame e uma corda E de uma guitarra elétrica (bitola 0,009, se bem me lembro). O complicado é encontrar uma fonte de alimentação adequada. Se você não tiver acesso a uma fonte de alimentação de bancada de laboratório, terá que experimentar qual fonte de alimentação fornecerá a temperatura certa. As pessoas na web parecem ter tido sucesso com vários tipos de verrugas ou baterias. A melhor maneira que tenho visto é usar uma bateria LiPo com um controlador de velocidade escovado e um servo testador. Não use baterias LiPo sem um controlador de velocidade a menos que você saiba absolutamente o que está fazendo, elas podem explodir em você!

Aqui está um vídeo muito bom que explica tudo em detalhes.

Etapa 7: tornar o refletor reflexivo

Embora a radiação ultravioleta seja parte da luz visível que está ao nosso redor, suas propriedades são bastante diferentes daquelas da luz visível. Um espelho que funciona para luz visível pode não funcionar para UV. O alumínio, no entanto, é conhecido por ser altamente reflexivo no espectro de UV. Portanto, é isso que usaremos para cobrir o refletor.

Usei fita de alumínio para encanadores, que é fácil de usar e funciona como anunciado (ou seja, reflete a radiação ultravioleta), mas custa um pouco (até US $ 10 o rolo). Se você está com um orçamento apertado, pode se dar bem com papel alumínio para cozinha, mas eu desaconselho, simplesmente porque imagino que seja um grande pé no saco tentar colocar o material enrugado. Além disso, a fita do encanador é autoadesiva, o que evita a dor de cabeça de encontrar algum tipo de cola que não derreta a espuma de que o refletor é feito.

Etapa 8: Monte os acessórios

Agora você pode finalmente instalar as lâmpadas nas luminárias. Isso mesmo, você instala as lâmpadas antes de colar as luminárias no refletor. Isso ocorre porque é muito mais fácil ajustar as lâmpadas para que fiquem no foco do refletor do que sem as lâmpadas instaladas.

Agora, esta parte é importante:

O foco do refletor está exatamente 12 mm acima do ponto mais profundo do refletor, portanto, o centro dos tubos UV deve estar o mais próximo possível desse foco. Observe também que o refletor não é realmente uma parábola, mas duas sobrepostas, em vez disso, já que suas lâmpadas UV têm dois tubos paralelos.

Etapa 9: Fiação

Com todas as lâmpadas no lugar, você pode conectar tudo e montar a fonte de alimentação na reentrância que você cortou antes. Estenda os fios para os acessórios das lâmpadas e certifique-se de isolar adequadamente todos os pontos que conduzem a rede elétrica ou alta tensão.

Abra-o para um teste e se tudo funcionar, prossiga para a etapa final.

Etapa 10: Montagem e Calibração

Para que os efeitos de colimação e homogeneização dos refletores funcionem corretamente, é necessária uma distância de cerca de 40 cm entre a borda do refletor e o plano de exposição. Achei mais fácil montar o expositor embaixo de uma prateleira e colocar meu plano de exposição em outra prateleira abaixo dela.

Para manter o PCB e a arte no lugar, você pode usar uma folha de vidro (melhor duas juntas) ou uma mesa / bolsa a vácuo (de longe a melhor solução). Eu fiz um saco de vácuo muito bruto (mas funcionando) com um saco de freezer médio, um pedaço de mangueira de plástico e um pouco de cola quente. Cole a obra de arte na sua placa, coloque-a na bolsa, conecte-a a algum tipo de vácuo (existem bombas de aquário baratas que podem ser modificadas, uma seringa grande (> = 50ml) também funcionará ou, se tudo o mais falhar, enfie a mangueira na boca e chupe:))

EDITAR: Descobri que uma seringa de 60ml e uma pinça de uma loja de materiais de construção eram a bomba de vácuo ideal. Veja a foto!

No entanto, antes de usar seu expositor, você precisa calibrá-lo para saber por quanto tempo expor. Eu conheço duas maneiras de fazer isso e apenas uma delas pode ser feita sem a necessidade de comprar itens extras, então essa é a que discutirei aqui.

Fiz um pequeno (realmente, é minúsculo!) Layout de quadro que é uma mesa com um "contador" em uma coluna e traços de largura decrescente na outra. Depois de aquecer o expositor por ~ 10 minutos (você tem que fazer isso toda vez que quiser expor uma prancha, para resultados consistentes), você começa a expor a prancha com tudo, exceto a linha de "10 minutos" coberta por algo opaco (por exemplo, um plástico vale-presente, certifique-se de que seja realmente opaco!). Depois de um minuto, você puxa um pouco o cartão para descobrir a linha dos "9 minutos" e assim por diante. Após a exposição, deixe a prancha descansar em um local escuro e frio por alguns minutos (5-30) e revele-a normalmente. Mesmo sem gravar a placa, você deve ter uma estimativa aproximada de quanto tempo precisa para expor suas placas para o melhor resultado possível. Aqui está uma imagem de como deve ser um traço devidamente exposto e desenvolvido.

A outra maneira de fazer isso é usar uma escala Stouffer conforme descrito aqui.

Etapa 11: Conclusão e Agradecimentos

Embora os PCBs feitos de fábrica sejam mais fáceis de acessar do que nunca, ainda existem alguns nichos onde o DIY é uma alternativa viável. Imagine que você precisa de uma placa feita agora, ou apenas uma, mas uma grande, ou das muitas iterações pelas quais uma placa pode passar durante o desenvolvimento. Em casos como esses, ter 10 pranchas feitas cada vez que você precisa de uma pode ficar um pouco caro, sem falar que ter que esperar +4 semanas para que cheguem à sua porta.

Além disso, existem inúmeras opções para fazer PCBs em casa, incluindo roteamento de isolamento e transferência de toner, mas o método tradicional (usinagem fotoquímica) produz, de longe, os melhores resultados.

O exposer neste instrutível é fortemente baseado na fonte UV descrita aqui, mas seu design ainda é dez vezes mais caro para construir do que isso. Uma coisa que o design deles tem, mas eu não adicionei ainda é a grade de colimação, principalmente porque o cortador a laser no nosso makerpace local ficou quebrado por semanas, então eu não pude fazer um. Eu posso adicionar um mais tarde e relatar os resultados, mas por enquanto estou muito feliz com os resultados desta compilação super barata.

Outra grande fonte de inspiração foram os vários vídeos e instruções do brilhante David Windestål em rcexplorer.se. Esse cara tem habilidades realmente loucas!

Se você tiver comentários, correções ou qualquer coisa, por favor comente. Se você estiver interessado em meus outros projetos, pode conferir meu blog.

Etapa 12: Mais calibração e resultados do mundo real

O primeiro design de placa de calibração que fiz foi um layout rápido e sujo que fiz sem pensar muito sobre isso. Mas eu queria descobrir do que meu novo expositor era realmente capaz, então fiz um melhor, desta vez com quatro grupos de traços verticais, 7, 6, 5 e 4 mil com espaços correspondentes. Observe que a resolução 5 / 5mil anunciada era do design original do think and tinker, que tem uma grade de colimação. Como mostram as fotos, esta grade não parece ser necessária para atingir 5/5mil.

EDITAR:

Fiz mais um projeto de placa de calibração, que expus em filme, para saber de uma vez por todas o que é o quê. Bem, agora eu sei. Mesmo com arte fotográfica real, 5/5 mil é o melhor que se pode obter na prática. 4 / 4mil funciona, mas nesse nível cada partícula de sujeira é importante, e meu laboratório doméstico simplesmente não está limpo o suficiente. Não é como se eu normalmente usasse algo menor que 10mil de qualquer maneira (exceto para certas pegadas, obviamente), mesmo quando tenho minhas pranchas feitas em uma fábrica.

Então, estou feliz com a forma como isso acabou? Pode apostar que eu sou! Uma unidade de exposição por menos de 30 Euros que é capaz de 5 / 5mil recursos (e em teoria ainda mais), a única desvantagem é que não é tão simplificada quanto aquelas novas caixas de LED chiques que todo mundo está construindo agora. Mas sem dúvida muito mais barato!