Haga una unidad de exposición de PCB adecuada con una lámpara de curado de uñas UV barata: 12 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

¿Qué tienen en común la producción de PCB y las uñas postizas? Ambos utilizan fuentes de luz ultravioleta de alta intensidad y, por suerte, esas fuentes de luz tienen exactamente la misma longitud de onda. Solo los para la producción de PCB suelen ser bastante costosos y los de uñas postizas tienen un precio un poco más competitivo.

Este instructivo trata sobre cómo usar un dispositivo de este tipo para construir una fuente de luz de bajo costo, adecuada para exponer los diversos materiales sensibles a los rayos UV que se encuentran en la producción de placas de circuito impreso, como el fotorresistente de película seca y la máscara de soldadura curable por UV.

Además de ser de muy bajo costo (alrededor de $ 20 por todos los materiales requeridos), esta compilación resuelve algunos problemas que he visto en otros dispositivos en los intertubos:

• Colimación: para exponer simplemente una placa con características bastante toscas, no necesitaría hacer nada de esto. Podrías usar el secador de uñas tal como está y terminarlo. Pero para poder exponer características pequeñas (hasta 5 mil, según este sitio), debe asegurarse de que todos sus rayos UV provengan de la misma dirección, que es exactamente perpendicular a la placa que está exponiendo.
• Uniformidad de iluminación en todo el plano de exposición. Imagina que quieres exponer un tablero realmente grande, p. Ej. Tamaño A4 o carta. Querrás la misma cantidad de energía en toda la tabla, sin puntos calientes u oscuros. Para ello, la fuente de energía debe estar a cierta distancia del plano de exposición y se necesita una matriz muy compacta de fuentes UV (como UV-LED, que pueden ser bastante caras) o un diseño de reflector eficaz para las fuentes UV. que tienes a mano, que es lo que se me ocurrió.
• Tiempo de exposición: No tengo idea de lo rápido que es esta fuente con material revestido de cobre positivo presensibilizado, ya que nunca he usado ese material, pero con fotorresistencia de película seca se siente realmente rápido. Como menos de dos minutos de ayuno. La cuestión es que no estoy realmente calificado para interpretar correctamente los resultados, por lo que tengo que recopilar algunas opiniones más sobre este.

Por lo tanto, aunque es de muy bajo costo, esta compilación le permitirá lograr resultados que igualan o (en algunos casos) incluso superan los de los dispositivos que son hasta 10 veces más costosos.

Paso 1: herramientas necesarias

• Fuerte par de tijeras
• Algún tipo de sierra o (preferiblemente) enrutador CNC para cortar las plantillas del reflector
• Cortador de espuma de alambre caliente (¡muy fácil de hacer!)
• Pistola de silicona
• Destornillador viejo (cualquier tipo servirá)
• Soldador, cortador de alambre
• Fuente de aire caliente. Un encendedor servirá, pero una estación de reparación de aire caliente es mejor:)

Paso 2: Materiales

• Lámpara de curado de uñas UV como esta
• Pieza de 300x220x100 mm de XPS o tablero de espuma similar (si no puede obtener el material de 100 mm, puede usar un material más delgado, solo asegúrese de que sea de al menos ~ 60 mm)
• cinta de aluminio para fontaneros
• cable
• tubo de reducción
• bridas para cables
• soldar
• cinta adhesiva
• barras de pegamento caliente
• dos piezas de chatarra de madera contrachapada, cartón grueso, material de PCB o similar, de al menos 110x60 mm de tamaño

Paso 3: descargas

Aquí están los archivos para hacer las plantillas de reflector y la ilustración de la placa de calibración mejorada.

Para la plantilla del reflector hay dos archivos de código g, uno para fresado y otro para corte por láser. También hay un SVG. La ilustración de la placa se proporciona como un archivo de águila y como un archivo PS invertido.

Paso 4: rasgue la lámpara de curado de uñas UV

Primero, debe obtener los accesorios de iluminación y el PCB de la lámpara de curado de uñas. Desatornille todos los tornillos, desenchufe todos los enchufes y desolde los cables de los accesorios, ya que todos estos deben alargarse de todos modos.

Luego corte los accesorios del recinto. ¡Asegúrese de no hacer esto con las luces instaladas, o podrían frenar! No tienes que trabajar súper limpio, solo ten cuidado de cortar todo el material sobrante en el lado donde entrará la lámpara, ya que este quedará pegado al reflector y por lo tanto tiene que estar al ras.

Paso 5: Calcule el reflector y haga una plantilla

Si esto no es lo tuyo, puedes saltarte este paso, porque yo lo hice por ti.:)

Para aquellos que quieran saber, aquí va:

Un reflector parabólico es una buena forma de enfocar rayos paralelos en un solo punto, pero también funciona al revés.

Como ya habrás notado, los tubos UV del secador de esmalte de uñas no son tus tubos fluorescentes redondos normales con un contacto en cada extremo, ya que se utilizan en la mayoría de las unidades comerciales para aficionados.

Entonces, nuestro reflector tampoco es una forma de parábola regular, sino dos superpuestas.

Aquí están las medidas de los tubos:

Diámetro del tubo = 11 mm

Desplazamiento del tubo desde el centro = 7,5 mm

Ancho total del reflector = 110 mm (la mitad del plano de exposición)

Punto focal deseado = 12 mm (deja unos 6 mm entre la pared del tubo exterior y la pared del reflector. Debería ser suficiente, ya que los tubos no se calientan mucho)

Para una parábola única regular que se traduce en estos valores:

Ancho de la parábola = 95 mm

Enfoque de parábola = 12 mm

La ecuación para una parábola (incluido el enfoque) es la siguiente:

y = x ^ 2 / 4f donde x es la mitad del ancho o diámetro, f es la distancia focal e y es la altura que queremos saber.

Con nuestros valores conectados, la ecuación se ve así:

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

Entonces, nuestra y en x = 47.5 es 47. Ahora, todo lo que tenemos que hacer es trazar dos de estas parábolas y superponerlas con una separación de 15 mm. Hay varias maneras de hacer esto. Usé freeCAD, que probablemente no sea la mejor manera de hacerlo, así que no voy a entrar en eso.

Una vez que tenga una representación gráfica de la forma de su reflector, todo lo que queda es encontrar una manera de transferirlo a un objeto físico, lo que se puede hacer por medio de un cortador láser, una fresadora CNC o la forma antigua con un sierra de marquetería y muchas palabrotas. Recuerde que el material de su plantilla debe resistir el calor del cortador de alambre caliente.

Paso 6: corte el reflector

Antes de cortar el único trozo de espuma, es una buena idea practicar un poco. Además, antes de cortar la forma real del reflector, debe cortar todos los demás huecos que desee en su bloque de espuma (para montar y acomodar la placa de alimentación de las lámparas UV). Puede hacer agujeros de montaje calentando un destornillador viejo con un encendedor o una pistola de aire caliente y metiéndolo en la espuma.

Pegue las plantillas al tablero de espuma, de modo que queden exactamente opuestas entre sí. Puede usar pegamento termofusible para esto, pero tenga cuidado de no usar demasiado, para que pueda quitarlos sin destruir la espuma más tarde. Luego corte la espuma debajo de las plantillas con un cortador de alambre caliente. Tenga en cuenta que la longitud de corte de su cable caliente debe ser al menos el ancho total del reflector, es decir, 300 mm.

Si la mitad del reflector está lista, retire con cuidado las plantillas y fíjelas a la mitad restante. Recorta la espuma, quita las plantillas y listo con este paso.

Algunas palabras sobre cómo hacer y usar un cortador de alambre:

Hice uno muy simple con algunos trozos de madera de desecho, un poco de alambre y una cuerda E de una guitarra eléctrica (calibre.009, si recuerdo bien). Lo complicado es encontrar una fuente de alimentación adecuada. Si no tiene acceso a una fuente de alimentación de mesa de laboratorio, tendrá que experimentar qué fuente de alimentación le dará la temperatura adecuada. La gente en la web parece haber tenido éxito con varios tipos de verrugas o baterías. La mejor manera que he visto es usar una batería LiPo con un control de velocidad cepillado y un probador de servo. No use baterías LiPo sin un controlador de velocidad a menos que sepa absolutamente lo que está haciendo, ¡podrían explotar!

Aquí hay un muy buen video que explica todo en detalle.

Paso 7: haz que el reflector sea reflectante

Aunque la radiación ultravioleta es parte de la luz visible que nos rodea, sus propiedades son bastante diferentes a las de la luz visible. Es posible que un espejo que funcione para luz visible no funcione para los rayos ultravioleta. Sin embargo, se sabe que el aluminio es muy reflectante en el espectro UV. Por lo tanto, esto es lo que usaremos para cubrir el reflector.

Usé cinta de aluminio para plomeros, que es fácil de usar y funciona como se anuncia (es decir, refleja la radiación UV), pero cuesta un poco (hasta $ 10 por rollo). Si tiene un presupuesto ajustado, puede salirse con la suya con papel de aluminio de cocina, pero no lo desaconsejaría, simplemente porque me imagino que será un gran dolor de cabeza tratar de colocar las cosas arrugadas. Además, la cinta de plomería es autoadhesiva, lo que le ahorra el dolor de cabeza de encontrar algún tipo de pegamento que no derrita la espuma de la que está hecho el reflector.

Paso 8: Monte los accesorios

Ahora finalmente puede instalar las lámparas en los accesorios. Así es, instale las lámparas antes de pegar los accesorios al reflector. Esto se debe a que es mucho más fácil ajustar las lámparas para que estén en el foco del reflector, que sin las lámparas instaladas.

Ahora bien, esta parte es importante:

El foco del reflector está exactamente 12 mm por encima del punto más profundo del reflector, por lo que el centro de sus tubos UV debe estar lo más cerca posible de ese foco. También tenga en cuenta que el reflector no es realmente una parábola, sino dos superpuestas, ya que sus lámparas UV tienen dos tubos paralelos.

Paso 9: cableado

Con todas las lámparas en su lugar, puede cablear todo y montar la fuente de alimentación en el hueco que cortó antes. Extienda los cables de las lámparas y asegúrese de aislar adecuadamente todos los puntos que llevan la red o el alto voltaje.

Enciéndalo para una prueba y si todo funciona, continúe con el paso final.

Paso 10: Montaje y calibración

Para que los efectos de colimación y homogeneización de los reflectores funcionen correctamente, necesita una distancia de unos 40 cm entre el borde de su reflector y su plano de exposición. Me pareció más fácil montar el expositor debajo de un estante y tener mi plano de exposición en otro estante debajo de él.

Para mantener su PCB y la obra de arte en su lugar, puede usar una hoja de vidrio (mejor dos sujetadas juntas) o una mesa / bolsa de vacío (con mucho, la mejor solución). Hice una bolsa de vacío muy tosca (pero que funciona) con una bolsa de congelador de tamaño mediano, un trozo de manguera de plástico y un poco de pegamento caliente. Pegue la obra de arte a su tablero, colóquelo en la bolsa, conéctelo a algún tipo de vacío (hay bombas de acuario baratas que se pueden modificar, una jeringa grande (> = 50 ml) también funcionará o, si todo lo demás falla, mete la manguera en tu boca y chúpala:))

EDITAR: Descubrí que una jeringa de 60 ml y una pinza de la tienda de mejoras para el hogar eran la bomba de vacío ideal. ¡Mira la foto!

Sin embargo, antes de que pueda usar su expositor, debe calibrarlo, para saber cuánto tiempo exponer. Conozco dos formas de hacer esto y solo una de ellas se puede hacer sin tener que comprar cosas adicionales, así que esta será la que discutiré aquí.

Hice un diseño de tablero pequeño (¡realmente, es diminuto!) Que es una tabla con un "contador" en una columna y trazos de ancho decreciente en la otra. Después de calentar el expositor durante ~ 10 minutos (debe hacer esto cada vez que desee exponer un tablero, para obtener resultados consistentes), comienza a exponer el tablero con toda la fila excepto "10 minutos" cubierta por algo opaco (por ejemplo, un plástico tarjeta de regalo, ¡solo asegúrate de que sea realmente opaca!). Después de un minuto, tira un poco de la tarjeta para descubrir la fila de "9 minutos", y así sucesivamente. Después de la exposición, deje reposar la tabla en un lugar oscuro y frío durante unos minutos (5-30) y déjela desarrollar como de costumbre. Incluso sin grabar el tablero, debe tener una cifra aproximada de cuánto tiempo necesita exponer sus tableros para obtener el mejor resultado posible. Aquí hay una imagen de cómo debería verse una traza correctamente expuesta y desarrollada.

La otra forma de hacer esto es usar una Escala Stouffer como se describe aquí.

Paso 11: Conclusión y agradecimientos

Si bien los PCB fabricados en fábrica son más accesibles que nunca, todavía hay algunos nichos en los que el bricolaje es una alternativa viable. Solo imagina que necesitas una placa hecha ahora, o solo una, pero grande, o las muchas iteraciones que una placa puede atravesar mientras está en desarrollo. En casos como estos, tener 10 tablas fabricadas cada vez que necesite una puede resultar un poco costoso, sin mencionar tener que esperar más de 4 semanas para que lleguen a su puerta.

Además, existen innumerables opciones para fabricar PCB en casa, incluido el enrutamiento de aislamiento y la transferencia de tóner, pero el método tradicional (mecanizado fotoquímico) ofrece, con mucho, los mejores resultados.

El expositor en este instructivo se basa en gran medida en la fuente UV descrita aquí, pero su diseño sigue siendo diez veces más caro de construir que este. Una cosa que tiene su diseño, pero que aún no he agregado es la cuadrícula de colimación, principalmente porque el cortador láser en nuestro espacio de fabricación local estuvo roto durante semanas, por lo que no pude hacer una. Podría agregar uno más tarde e informar sobre los resultados, pero por ahora estoy muy contento con los resultados de esta construcción súper barata.

Otra gran fuente de inspiración fueron los diversos videos e instrucciones del brillante David Windestål en rcexplorer.se. ¡Este tipo tiene habilidades realmente locas!

Si tiene comentarios, correcciones o cualquier cosa, por favor comente. Si está interesado en mis otros proyectos, puede consultar mi blog.

Paso 12: Más calibración y resultados del mundo real

El primer diseño de placa de calibración que hice fue un diseño rápido y sucio que hice sin pensar demasiado en ello. Pero quería averiguar de qué era realmente capaz mi nuevo expositor, así que hice uno mejorado, esta vez con cuatro grupos de trazos verticales, 7, 6, 5 y 4 mil con los espacios correspondientes. Tenga en cuenta que la resolución de 5/5 milésima anunciada fue del diseño original de think and tinker, que tiene una cuadrícula de colimación. Como muestran las imágenes, esta cuadrícula no parece ser necesaria para alcanzar 5/5 mil.

EDITAR:

Hice otro diseño de placa de calibración, que había expuesto en una película, para saber de una vez por todas qué es qué. Bueno, ahora lo sé. Incluso con obras de arte fotográficas reales, 5/5 mil es lo mejor que se puede lograr en la práctica. 4 / 4mil funciona, pero a ese nivel cada mota de suciedad es importante, y el laboratorio de mi casa no está lo suficientemente limpio. De todos modos, no es como si yo usara algo más pequeño que 10 mil (a excepción de ciertas huellas, obviamente), incluso cuando tengo mis tablas hechas en una fábrica.

Entonces, ¿estoy contento con cómo resultó esto? ¡Puedes apostar que lo soy! Una unidad de exposición por menos de 30 euros que es capaz de funciones de 5/5 mil (y en teoría incluso más), el único inconveniente es que no es tan optimizada como esas nuevas y elegantes cajas de LED, todo el mundo está construyendo ahora. ¡Pero sin duda mucho más barato!