CNCによるPCBの作成その1

Instructablesだったか、ちょっと失念したがPCBの作成を3dプリンタでケガキでやっていたので、自分もやってみた。PCBをマジックインクで黒く塗りつぶし、とがった金属でケガキパターンを作成するという方法。自分は3DPrinterではなく、自作のCNCに6mmロッドの先端をグラインダで尖らせたものを使った。


方法は説明より、Videoを見ていただければ一目瞭然と思います。その結果は


こんな感じですが、ルーペで見るとちょっと実用にはならないかな?という感じです。マジックインクが乾くと、金属の針でケガクとどうしても割れが生じ、直線はギザギザになってしまう。
今回は失敗ですが、マジックインクを選択し、割れが生じないものを選べばいいかもしれない。

CNCがやっと完成の域に

 

長い間放っていたCNCがやっと完成の域に達しました。ProxxonのマイクロXYテーブルとドリルスタンドを利用し、3Dプリンタで打ち出したパーツを多用しました。

YテーブルがDefaultでは非常に短く、実用に耐えないので、Yテーブルの延長も3Dプリンタで打ち出しました。本来ならアルミの切り出しで新たに作り直すべきですが、ツールもないので、Webで検索したらアルミブロックで延長部分だけを追加している方がいた。これだ!と思いアルミではなく3d プリンタできれいに打ち出せば同じものが作れると思い、やってみた。この人はy軸のモーター側のベアリングホルダー兼ストッパーを延長yテーブルに変更し、ストッパを無くしているが、いい考えだ。自分はモーターの反対側にyテーブルを約30mm延長した。4回ぐらいカット&トライで作り直したが、うまくいった。メーカ側の設計図を見つけられなかったので、実体をカリパーで測定したが、どうも測定して3Dプリントすると、測定誤差とプリント誤差とが重なり、かなり違うものができてしまう。したがって、カット&トライがどうしても必要になる。可動部分が54㎜から70㎜となり、何とか実用に耐えるようになった。本来なら100㎜×100㎜くらいは欲しいところだが・・。今回はY軸の向こう側に延長したが、必要なら反対側にも同様に増設すれば、100mmにはなりそうだ。その際にはまた6Φの全ねじロッドが必要になるが。

Y軸の拡張部分
Y軸の拡張部分

白のPLAで出力したので、非常に目立つ。逆ねじのM6の送りロッドは長さが足りなくなったので、順ねじのM6に交換し、それに伴い内部の送りナットも順ねじに交換。(12Φの丸棒にM5 の下穴をあけM6でタップを切った。)

Y軸拡張2
Y軸拡張2

Z軸はずいぶん無様な形状をしているが、スピンドルモータの重量や切削時の横ブレに打ち勝つ強度を保つためにはこの程度の厚みと構造が必要だと思い、こんな箱状になってしまった。

Z軸
Z軸

一番苦労したのはZ軸。20Φの柱を何とか利用したかったので、LMF20UUを中国サイトから入手。異常に大きいのでかなりびっくりしたが、上下に2個つけた。入手してから気が付いたが、鍔のないLM20 を使って、ストッパーを3Dプリントしてもよかった。摺動部分はこれだけでは心もとないので、3Dプリンタのあまりの部品で6Φのリニアベアリングとスムースロッドで補助。

Z軸モーター
Z軸ステッピングモーター

すべての軸のステッピングモーターは秋月で一番安い¥800のギア付き。42㎜角ではこれが一番トルクが大きい。このモーターの性能/価格は中国のサイトでもかなわない。ただ、ギア付きなのでこれをうまく外す必要がある。そのためにギア抜きツール(AMAZONで入手)を使用した。このツールは強力で、ギアがきれいに抜ける。

撮ったビデオの容量が大きくUpladできないのでビデオをコンバージョンしたら映像と音声が同期しない現象が起きた。

まだ、穴あけしかテストしてないが、同じ基板に2度穴あけをしてみると全く同じところに、ドリルが通るので、バックラッシュも無いようだ。次はエンドミルを入手し基板パターンの切削をトライしよう。エンドミルは中国サイトに注文中。今は切削用モーターにはProxxonのハンドルータを使っているが、最高の20000rpmで連続で稼働させると音が非常にうるさい。 ブラシレススピンドルモーターが欲しいが、中国のサイトでも5000円から10000円くらいでなかなか踏ん切りがつかない。自作という手もあるがネオジムローターの入手が難しそうだが。さらにエンドミル用のコレットチャックをうまくつけられるかが難しそう。20000rpm以上で回そうとするとほんの少しの偏芯でも気になる。

やはり音と映像が同期していません。

今のところ、FirmwareはArduinoUNO互換のAitendo製にGRBL0.9j。ステッピングモータのドライバーはTB6650(全軸同じで1.2A  STOP50% 1/8駆動 減衰0%としたがこれが最適かどうかは不明) 3dprinterだと1/16稼働で十分のトルクが得られたが、1/16では音は静かだが脱調が激しい。コントローラーはgrbl controller3.6.1もしくは grblcontrol0.84(https://github.com/Denvi/grblControl/)(これは3Dで軌跡が表示されるので、見ていて面白い。)  最近grbl controller3.6.1T4(クリックでリンクに飛びます)が出て、同様に3Dが表示されるらしい。(テスト中)

grbl EEPROM の内容 ($$でコンソールより出力される)

Grbl 0.9j [‘$’ for help]
[‘$H’|’$X’ to unlock]
$0=10 (step pulse, usec)
$1=25 (step idle delay, msec)
$2=0 (step port invert mask:00000000)
$3=3 (dir port invert mask:00000011)
$4=1 (step enable invert, bool)
$5=0 (limit pins invert, bool)
$6=0 (probe pin invert, bool)
$10=3 (status report mask:00000011)
$11=0.010 (junction deviation, mm)
$12=0.002 (arc tolerance, mm)
$13=0 (report inches, bool)
$20=0 (soft limits, bool)
$21=1 (hard limits, bool)
$22=1 (homing cycle, bool)
$23=44 (homing dir invert mask:00101100)
$24=300.000 (homing feed, mm/min)
$25=5.000 (homing seek, mm/min)
$26=5 (homing debounce, msec)
$27=5.000 (homing pull-off, mm)
$100=1600.000 (x, step/mm)
$101=1600.000 (y, step/mm)
$102=1600.000 (z, step/mm)
$110=400.000 (x max rate, mm/min)
$111=400.000 (y max rate, mm/min)
$112=400.000 (z max rate, mm/min)
$120=10.000 (x accel, mm/sec^2)
$121=10.000 (y accel, mm/sec^2)
$122=10.000 (z accel, mm/sec^2)
$130=120.000 (x max travel, mm)
$131=80.000 (y max travel, mm)
$132=70.000 (z max travel, mm)

 

 

 

自作3Dプリンターの製作はじめました。

いよいよ3Dプリンター自作のプロジェクトを開始しました。プロジェクトの骨子は
1.できるだけ安い金額で作る。
2.性能的にはメーカー製のものと変わらないもの。
3.労力と時間は惜しまない。時間は半年程度。
というまさにのんびりしていたいい加減なもの。

まず、どんなの3Dプリンターを作るかだが、今のところ最有力なのはReprap系のPrusaの日本Versionのatomを手本に自分なりの変形バージョン。
これを選んだ理由は、占有面積が小さい(これは逆にデメリットにもなり、出来る生成物が小さい)ということに尽きます。

一番金額がかかりそうなのが、スムースシャフトだが、eBAYでは8φのセットで5、6千円なので、それほど高額ではないが、ハードオフのジャンクのスキャナのなかには6φのスムースシャフトが入っていて1本108円。6本必要なので6台のスキャナを仕入れも648円なのでほぼ1/10。
また、atom用のプラスティックパーツはヤフオクなどの代理製造屋さんが12000円前後で販売しているので、これを使えば楽だが、どうしても自分で作りたい。
atomのXYZのステッパーモーターはNEMA14が標準。自分が持っているのは秋月のNEMA17なので、公開されている3次元データでのプラスティックパーツの多くが寸法違いで合わない。ではNEMA14をebayでと思ったが、eBAYでは一台あたり数千円で安価なものは見つからなかった。アメリカのサイトにatomと同型があったが、送料も入れると4台で1万円ほどになってしまう。結局プラスティックパーツの使用もNEMA14のモータの使用もあきらめ、秋月の700円のステッパーのギアをはずして、すべて木製で作ろうと決めた。ただし、どうしても木造が難しい部分は秋葉の3dプリンターで作るかもしれない。木はダイソーのMDFや所有しているシナ合板を適宜使用する。

そう決めたとき、更なる問題はヒーティングベッドだが、atomのベッドは入手が難しい15cm角。通常の22cm角のものはeBAYでは1000円程度で販売しているが、atomのパーツの販売をしているGENKEIの15cm角のものは3000円もする。22cmのものが3000円くらいだったら、間違いなくGENKEI のものを購入していたが、一方が1000円だと3000円は高く感じてしまい、これも購入を見送った。ヒーティングベッドを調べてみると、PCBのエッチングでできているとわかり、また、パターンも公開されていたので、製作することにした。

3DPrinterの自作(2) に続く