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4. Gravure PCB - 2 - Eagle Gcode

Eagle CAD + Pcb Gcode

Pour faire suite au tutoriel de Gravit qui permet de générer un fichier Gcode à partir d'un circuit imprimé scanné ou d'une image avec une facilité déconcertante, je vous propose ce petit tutorial qui vous sera peut-être utilise si vous êtes l’auteur d’un circuit imprimé, réalisé sous Eagle.

En effet, il existe un module Eagle (ulp) qui permet de transformer votre circuit imprimé en un fichier Gcode pour le graver à l’anglaise ou par « fraisage complet » (etching).

Eagle CAD est un logiciel de CAO spécialisé dans la création de schéma et de circuit imprimé. Les logiciels de ce type sont nombreux, certains sont gratuits, d’autres payants.

Eagle est disponible en plusieurs versions, l’une des versions est 100% gratuite, la limite est basée sur la taille du circuit et le nombre de couches, mais cette version permet de réaliser de belle chose.

J’ai testé beaucoup de logiciels (gratuits ou payants) pour réaliser mes circuits imprimés, j’ai finalement adopté Eagle, car il est très utilisé par les communautés amateurs et Pro, il existe des tutoriels, de nombreuses librairies de composants (en natif et sur la toile), ce qui facilite grandement la vie !
Eagle est facile à prendre en main et possède routeur performant.

L’objectif n’est pas de faire un nouveau tutorial pour Eagle. Je pars du principe que vous connaissez les bases (et plus…) d’Eagle, vu que vous avez créé votre schéma et routé votre circuit imprimé…

L’un de mes besoins est de pouvoir me passer de l’insoleuse et du perchlo (beurkkkk), pour mes circuits « basiques », donc utiliser la CNC pour « graver » mes circuits.

Ce premier tutoriel portera sur la gravure « à l’anglaise » d’un circuit simple face, nous verrons plus tard comment réaliser des circuits doubles faces, graver des empreintes de CMS etc…

Le circuit de « test »

EaglePCB1.jpg


Le circuit a été volontairement routé en simple face, avec des composants traversant, pour une réalisation facile.

Remarque : le routage d’un circuit simple face n’est pas par contre « facile », en effet le routeur automatique affiche vite des limites en simple face, alors qu’en double face le circuit est systématiquement routé à 100% en quelques minutes !

N’étant pas un virtuose du routage simple face, j’ai utilisé la stratégie suivante : placement des composants « au mieux » c.à.d. compromis entre la disposition des composants (borniers sur les bords, etc.) et facilité de routage (composants en face des « sorties » du µC, fonctions groupée, etc.).

Je lance le routeur automatique en simple face, suivant les résultats et je déplace les composants, je supprime le routage pour le relancer à nouveau et cela plusieurs fois pour tenter d’obtenir au fur et à mesure un taux de routage automatique maximum.
Puis… je termine à la main, en passant des « ponts » et autres.

Lorsque l’on souhaite graver un circuit imprimé à l’anglaise, on essayera de :

  • Ne pas utiliser des largeurs de pistes trop fines.
  • Ne pas passer 5 fois sous le même composant (donc garder une distance entre les pistes suffisantes).
  • Ne pas utiliser une grille de placement / routage trop petite, là encore pour éviter d’avoir des pastilles, des pistes trop proche les unes des autres.
  • Aérer au maximum les composants, ne pas viser dans un premier temps un circuit imprimé ultra miniature.


Pour des circuits « simple », dont la gravure ne posera pas de problème, j’utilise une largeur de piste mini de 1.27mm (50 mil) et j’utilise une DRC Eagle légèrement modifiée.

EagleRulesSizes.jpg

DRC = Design Rule Check, permet de définir des règles de conception (distance mini entre une piste et une pastille par exemple), Eagle pourra nous signaler chaque élément qui rentre en conflit avec le règle de conception.

La DRC utilisé est optimisée pour faciliter la conversion en GCode d’un circuit qui devra être gravé à l’anglaise.

La DRC est disponible ICI (faire clic droit + enregistrer sous...).

Lorsque le circuit est prêt et que le contrôle « DRC » ne fait plus apparaitre de problèmes, on peut configurer le module Pcb-Gcode.

Le module PCB Gcode que j’utilise est la version  3.5.2.11. Pcb-Gode est disponible ICI.

L’installation de Pcb-Gcode est simple, il suffit de copier le contenu de l’archive dans le répertoire « ulp » de Eagle.

Avant de générer le Gcode…

Préparation de la gravure :

Inutile de lancer une gravure sans avoir une machine bien réglée et surtout un martyr parfaitement surfacé, en effet l’idée est d’enlever le minimum de matière sur la plaque époxy.
Sur un martyr non rectifié, on risque de se retrouver avec des pistes trop ou pas assez gravées.
Piste trop gravée : la piste est trop fine, voir elle disparaitra lors de la gravure.
Piste pas assez gravée : risque de court-circuit !!

L’autre challenge de la gravure de circuits imprimé est le bridage, en effet il faut être sûr que la plaque époxy est parfaitement maintenue sur le martyr rectifié, qu’il n’y a pas de zones ou la plaque n’est pas en contact, on risque de retrouver les problèmes évoqués ci-dessus.

L’idéal est de plaquer l’intégralité de la plaque époxy sur le martyr, la méthode la plus extrême consiste à coller la plaque à la cyano sur le martyr, on décollera la plaque en injectant de l’acétone entre le martyr et la plaque… efficace mais pénible !

L’autre solution classique est d’utiliser du scotch double face, le scotch doit être parfaitement posé, là encore c’est difficile à retirer…

La table à aspiration est une bonne alternative, mais il faut vraiment avoir une turbine régénérative, sinon votre aspirateur ne va pas survivre bien longtemps.

Turbine2.jpg

 


Perso, j’usine dans une plaque de stratifié compact, un martyr qui sera rectifiée et sera doté un système de bridage « classique » par pince. La taille de ce système sera a adapté à la taille des circuits à réaliser, un support trop grand pour un petit circuit et on se retrouve vite avec des problèmes de bridage, donc une gravure de mauvaise qualité.

Un exemple de martyr « basique » :

Martyr.jpg

Le choix des fraises :

Pour de la gravure à l’anglaise (détourage de pistes), on utilise généralement des pointes javelots. Il existe des pointes avec différents angles.
90°, 60°, 45°, 30° et 15° par exemple.
L’extrémité de la pointe est très fine, généralement 0.1 ou 0.2 mm.

Pointes javelots adaptées : http://www.cncfraises.fr/177-gravure

Forets pour perçage des circuits imprimés : http://www.cncfraises.fr/175-forets-carbures


Profondeur gravure:

Pour déterminer la profondeur de passe minimum de l’outil, j’utilise une méthode basée sur un jeu d’essais / erreurs.

Je fixe sur mon martyr rectifié une plaque époxy, je m’assure que la plaque est bien plaquée uniformément sur le martyr.

Je monte l’outil sur la broche, je fais le « 0 », puis je réalise la gravure d’un petit carré de 1cm de côté (par exemple) avec une pénétration de 0.10mm et je regarde le résultat.

Avec un Ohmmètre, je vérifie la continuité entre la plaque et le carré gravé.
S’il y a contact, je refais le test avec une profondeur de passe légèrement supérieure, par incrément de 0.02mm par exemple, jusqu’à obtenir une isolation parfaite entre la plaque et le carré gravé.

J’obtiens donc la profondeur de passe minimum « idéale » pour graver mon circuit par rapport à l’angle de ma pointe javelot. Plus l’angle sera aigu, plus la gravure sera fine, mais plus la pointe de l’outil sera fragile.

Quelques « conseils » complémentaires :

Pour une qualité de gravure optimum, assurez-vous que votre broche tourne parfaitement rond et que la pince porte outil est propre.
Si la gravure que vous souhaitez réaliser est fine, une Dremel (pire un clone…) ne donnera malheureusement pas de bon résultats, les Dremel ne tournent pas très rond, surtout si vous avez déjà réalisé des travaux de fraisage avec.

Avec les pointes javelots, réaliser votre « 0 » avec broche en marche…
Sinon vous risquez d’émousser instantanément la pointe de votre outil !!
 
Si vous utilisez un palpeur d’outil, assurer vous que l’effort nécessaire au déclenchement du  palpeur est minium, sinon la encore vous risquez d’abîmer prématurément la pointe de l’outil !

Passons à la génération du Gcode :

Pour lancer la configuration de Pcb-Gcode, cliquer sur le bouton « ULP » et sélectionner :
pcb-gcode-setup.ulp

Pour simplifier le processus et vous faire gagner du temps, vous trouverez uniquement les infos de base pour le moment, infos qui permettent de générer un Gcode permettant de graver le circuit facilement.

Allez dans l’onglet « Generation option », modifier les paramètres suivants :

PcbGcodeGenerationOptions.jpg

Cocher 1 et 2, pour générer la gravure et perçage de la face du dessous de notre circuit.
Cocher 3 : pour visualiser le résultat calculé par PCB-Gcode
Cocher 4 et indiquez la profondeur de passe pour isoler parfaitement une piste (voir paragraphe « Profondeur gravure »), exemple -0.18
Cocher 5 et indiquez une valeur de 0.10mm par ex. Cette option permet de « pointer » les trous, nous verrons plus loin que c’est une astuce intéressante.
Modifier 6 : indiquez le diamètre de l’outil de gravure, dans le cas d’une pointe javelot, on indique le diamètre du bout de l’outil : 0.2mm

Dans l’onglet « Machine »

PcbGcodeMachine.jpg

Cocher 1 : tout en millimètre
Modifier 2 et 3 : 500mm/min en gravure et 250mm/min en pénétration sont des bonnes bases de départ.
Modifier 4 : 10 par exemple, c’est la hauteur du Z en fin d’usinage.
Modifier 5 : 2 par ex, c’est la hauteur à laquelle l’outil sera relevé après chaque usinage
Modifier 6 : reporter la valeur de la profondeur de passe pour la gravure que vous avez saisi dans l’onglet précédent.
Modifier 7 : Idem mais pour la profondeur de perçage.

Modifier éventuellement 8, 9 et 10 si vous avez la possibilité de faire un changement d’outil manuel ou automatique.

Pour une configuration de base c’est terminé.
Il suffit d’enregistrer (bouton « Accept »).

Mais il y a des astuces, suivant les possibilités de votre logiciel de pilotage et/ou machine.

Astuce n°1 :

Si vous avez la possibilité de faire un changement d’outil et un palpeur pour réaliser le « 0 » automatiquement, la gravure suivie du perçage sera alors une option intéressante.

Pcb-Gcode génère 1 fichier pour la gravure et un fichier pour le fraisage… il faut donc « fusionner » les fichiers et ajouter le gcode pour demander le changmeent d’outil… c’est possible mais un peu fastidieux.

Il existe un moyen une configuration pour que Pcb-Gcode génère tout cela tout seul…

Avec les paramètres saisis précédemment (important) et si l’on coche dans l’onglet « Gcode option » les cases « Use User Gcode » ET « Use simple Drill code », pcb-gode va générer un fichier qui commence par la gravure avec un outil « T1 », puis tout ce qu’il faut pour faire un changement d’outil, avec l’outil T2 et enchaine avec le perçage !

Astuce n° 2 :

Si vous n’avez pas la possibilité de réaliser un changement d’outil et pas la patience de gérer deux fichiers Gcode (attention aux décalages d’origines…), il y a une astuce pour graver le pcb et « pointer » les trous avec le même outil dans le même fichier.

Il faut modifier la profondeur de perçage, la pointe javelot pointera uniquement les perçages, il sera alors facile de réaliser le perçage à la main avec une petite perceuse a colonne, le foret sera guidé par ces « avant trous ». Bien entendu cela n’a de sens que si le nombre de perçage est faible (sinon elle sert à quoi notre CNC ? wink) ou si il y a beaucoup de perçage avec des diamètres différents à réaliser.

PcbGcodeGCodeOptions.jpg

Donc, modifier dans « Generation option »  la valeur de « Spot drill holes », par ex « -0.10 », même valeur a renseigné dans le champ « Drill Depth » de longlet « Machine ».
Puis décocher « use user Gcode ».
Pcb-Gcode va donc générer un fichier avec gravure + « pointage des trous » SANS changement d’outil.

Génération d’un Gcode :

Il suffit d’ouvrir le circuit imprimé sous Egale, lancer le ULP « pcb-gcode.ulp ».
Pcb-Gcode va afficher une «vue » de la grvure qui sera réalisée. Il faut zoomer et bien regarder que toutes les pistes soient bien « fermées », qu’il y ai pas de chevauchement  etc… Sinon il faut revoir le routage du circuit et/ou modifier les paramètres de PcbGcode.

PcbGcodePreview.jpg

Gravure :

Importer le Gcode dans votre logiciel favori.

Dans Ninos, c’est simple… on importe le Gcode, on fait le « 0 » si on usine en OP, sinon en OM avec palpeur d’outil… il y a rien à faire, on lance l’usinage et zou.

Les résultats :
 

GravureCNC.jpg

RegulateurV1.jpg

Bonnes gravures !


Date de création : 20/12/2012 16:00
Dernière modification : 21/12/2012 09:40
Catégorie : 4. Gravure PCB
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