用Tinkercad制作3D印刷电路板

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简介:用Tinkercad制作3D印刷电路板

关于:我是一名6-8岁的技术、工程和设计教育家,教授从编码和机器人技术到三维建模、木工、视频编辑、生物技术、平面设计的所有课程,以及真正意义上的所有课程…

印刷电路板(PCB)是电子设备中不可或缺的核心。PCB允许像LED、电阻器和开关这样的电子元件彼此永久地连接,以便制造电子设备。PCB由两种材料组成,导体和绝缘体。导体起着电流在元件之间流动的通道的作用。绝缘体阻止电流在路径之间流动,也阻止电流流向我们不想流向的地方。

创建一个专业级的PCB需要昂贵的工具,更常见的地方,如采购多氯联苯然而,有很多方法来做一个DIY印刷电路板,如数控铣削酸蚀,但这些方法也可能是昂贵的,耗时的,并具有挑战性的初学者。

通过这个指导,我将分享一个简单的方法,使DIY电路板使用小叮当一个三维建模程序,一个三维打印机,和一些导电灯丝!

第一步:电路原型

在制作PCB之前,最好使用试验板和元件来制作电路原型。小叮当当然是众所周知的三维建模能力,但它也有一个强大的电路模拟功能以及!您可以使用Tinkercad电路将电阻器、LED、电池和其他组件放在一起,就好像它们就在您面前的工作台上一样。查看更多关于Tinkercad电路的信息教程或者我的另一个可指示的.

通过你的PCB原型,你可以确保你的组件将按你的意愿运作,并解决任何错误或布线问题,然后再投入时间和材料制造你的印刷电路板。

步骤2:规划PCB

一旦你完成你的原型,它的时间来计划你的PCB的布局。这与上一步中的试验板原型不同,因为我们将计划轨迹可以让你的部件装配在一起。组件安装在使用轨道彼此连接的垫上。

这对于手动规划更复杂的电路来说是一个挑战,因为您需要确保所有组件在不跨越正负轨道的情况下从一个连接到另一个,并为相邻安装的组件留出足够的空间。如果你的房间不够用,你可以做一个多层PCB,它有一组由绝缘(正常)灯丝隔开的轨道。这在空间和布局上给了你更多的灵活性,但也增加了规划的难度。

有很多程序,可以帮助设计你的PCB像188bet比分Autodesk EAGLE公司烧结. 虽然这些程序真正的目的是为数控铣削或工业生产设计PCB,但它们是强大的工具,使绘制轨迹和焊盘比手工规划复杂的设计更容易。

除了计划我们的轨道和垫子需要在哪里,了解你的部件的尺寸也很重要。在下一步中,我们将建模我们的垫,如果他们不在正确的位置,我们的组件将无法融入最终的董事会!

第3步:为你的脚印和脚垫建模

既然我们已经计划好了我们的PCB布局,是时候建模了!我们将要建模的第一部分是我们的元件将连接到的焊盘和磁道,这些焊盘和磁道将使用导电灯丝进行打印。这些零件可以用分组基本形状如汽缸一起。3D印刷电路板真的允许无限的设计可能性,但这里有几个标准尺寸我用来让你开始:

  • 衬垫直径-4毫米
  • 衬垫通孔-1毫米
  • 轮距-2毫米
  • 衬垫/轨道高度-2毫米
  • PCB厚度-2毫米

我们将在后面的步骤中讨论如何优化与焊盘宽度和高度相关的导电灯丝性能。你也会发现设计你的PCB是非常重复的。一旦一个焊盘成型,复制可以根据需要多次使用尺子工具工作平面网格按照上一步的计划将它们隔开。然后使用拉伸框在每个焊盘之间创建轨迹。

你也可以导入SVG矢量文件这是使用矢量设计程序绘制的,如adobeillustrator、Gravit Designer或Inkscape。像EAGLE和Fritzing这样的PCB设计程序也可以导出文件,这些文件可以转换成SVG,您可以直接导入Tinkercad设计。导入矢量文件不需要3D打印PCB,但对于复杂的多层设计,您可能会发现矢量设计程序更容易使用。

第四步:完成你的模型

在轨道和焊盘建模之后,我们需要设计电路板的其余部分,作为导电轨道之间的绝缘体。这种生产方式最酷的功能之一就是3D打印可以让你设计出你想要的任何形状的电路板!从围绕你的轨道设计通用板开始。

一旦外板被拉出来,我们就需要移除一个空腔,以便轨道/衬垫能够嵌入绝缘体材料中。最简单的方法就是做一个复制并将其设置为洞。将孔形状对齐到板上并将两个形状组合在一起. 这应该在你的脚印/脚垫的形状上切一个洞。最后,把原来的轨道/垫模型,并覆盖与裁切板。这个洞不需要一直穿过。

酷设计提示-你的轨迹孔不需要穿过你的棋盘。如果你的孔确实通过所有的方式,导电轨道将暴露在顶部和底部的电路板。如果孔没有完全穿过,底部(或顶部取决于方向)将被绝缘。一种方法未必比另一种好,但它们可能有不同的用途。

完成后,我们需要将模型导出为单个形状(一个用于绝缘体材料,另一个用于导电材料)。每次选择一个模型,单击出口. 应选中此窗口顶部的“所选形状”框。选择三维文件类型,然后将模型导出到计算机。

第5步:3D打印PCB

如前所述,我们将使用两种不同的灯丝来制作PCB。对于绝缘体材料,任何普通PLA、PETg或其他选择的灯丝都可以(我正在使用聚乳酸).

对于导电材料,我们需要使用导电灯丝。有一些导电丝在那里,但我有最成功的原生动物的传导性PLA. 这种令人惊叹的长丝容易打印使用完全相同的设置作为典型的解放军长丝!

制作3D印刷电路板需要双头3D打印机吗?不可以。你可以这样设计你的模型,让绝缘体材料和导电材料达到不同的高度,这样灯丝就可以在印刷过程中改变(假设你用PLA和导电PLA等)。你也可以3D打印绝缘材料和导电材料分开,然后组装和胶在一起打印后。然而,与双头打印相比,这些方法有自己的一系列挑战。如果您有权使用双头3D打印机,则可以合并导出的每个形状,并将其指定给切片器软件中的相应灯丝。

如果你的模型需要支持,我建议您使用导电PLA来创建它们,以避免应该导电的绝缘区域。

你也应该保持你的填充密度为导电部分尽可能高,以确保尽可能多的表面积之间的层接触,以增加导电性。我们将在“性能”步骤中进一步讨论这个问题。

第6步:组装

一旦打印出来,是时候添加我们的组件了!由于通孔只有1毫米,很有可能你的洞将填补印刷过程中。要打开它们,你可以给我们一个大头针(加热使其更容易)或一个小钻头。我用一个1/32“上切钻头从我的数控铣床钻出来的孔很容易。

一旦钻孔,插入您的组件,应密切配合到董事会。为了将它们固定到位,我喜欢用烙铁加热并熔化部件支腿周围的导电丝。这会毁了小费的你的烙铁,所以我建议你使用一个专门与塑料工作提示!或者,你可以“冷焊”使用导电墨水笔导电胶.

插入后,确保所有部件用绝缘材料隔开。如果需要额外的绝缘,尝试使用液态电工胶带.

第7步:绩效

我敢肯定你现在想知道这些PCB工作得如何…对吧?总的来说,它是有效的。但它是否和铜板一样好呢?或者一个试验板和一些电线?简而言之……不。为了解释原因,让我们比较一下体积电阻率一些常见的材料。体积电阻率是材料对电流损失或泄漏的抵抗力。基本上,较高的体积电阻率=较低的电导率(性能较差)所以在这个比较中,小数字是好的。

  • ,一种高导电性材料,其体积电阻率为0.00000168Ω·cm
  • 铝箔是一种家用导电金属,体积电阻率为2.65Ω·cm
  • 原聚乳酸体积电阻率为30Ω·cm垂直于层
  • 原聚乳酸体积电阻率为115Ω·cm通过层

总之,导电聚乳酸是导电的,适用于低压模拟电路。一个重要的注意事项是两种材料的电阻率不同垂直于层与…相比通过层. 这意味着电流更容易流过单个3D打印层,而不是流过模型的垂直层。这意味着你会看到音轨宽度大于音轨高度可提高性能. 有关这些统计信息的更多信息,请参阅Protopasta的详细常见问题解答在这里.

从个人经验来看,我和我的学生在使用基本LED、直流电机、太阳能电池板或555定时器等简单集成电路的电路方面取得了很多成功。在使用微控制器和伺服电机和数字传感器之类的PWM信号时,我们的表现更为零散。

第八步:无限可能!

我相信你现在已经意识到了,导电灯丝是非常不可思议的东西,它打开了一个充满可能性的世界!有了导电丝、3D打印技术和像Tinkercad一样易于使用的软件,在制作美观的PCB和独特的创意时,真的什么都有可能。我希望你觉得这是一个有指导性的信息和启发,因为你创造了了不起的东西!

谢谢你的阅读和快乐制作!

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    8讨论

    0
    马特莱克

    三天前

    酷,我也做了一个类似的项目://www.sledutah.com/3D-Printed-PCB/
    我喜欢你如何使用烙铁,使更多的接触之间的组成部分和三维打印轨道。这是项目中最重要的一步,我提出了一个不同的解决方案,将组件阻塞到孔中。

    0
    Rederreich先生

    3天前回复

    我看到了,真是太棒了!我真的很喜欢你的灯丝更换与交替层高度简单,做两个灯丝在一个单一的打印头。我也非常感谢你在测试导电PLA电阻时的解释。谢谢分享!

    0
    布尔尼克

    三天前

    干得不错:)

    0
    Rederreich先生

    3天前回复

    谢谢你的爱!

    0
    MTK第27页

    小费4天前

    用聚乙烯醇长丝代替聚乳酸(溶于水)
    我看到一个关于电子垃圾的高中项目。他们的想法是使用聚乙烯醇长丝的董事会,这样你可以很容易地分离组件在生命周期结束。他们的演示电路板在8小时内完全分解。

    0
    Rederreich先生

    4天前回复

    真是个好主意!我个人还没有尝试过使用聚乙烯醇除了可溶性支持,但一个溶解PCB是一个相当有趣的想法。谢谢分享!

    0
    Rederreich先生

    4天前回复

    我同意!我见过非常棒的双材料打印,实际上三维打印组件,以及印刷电路板。非常棒的例子,谢谢分享!