Фрезерование печатных плат на фрезерном станке Roland

Разработка электроники с помощью фрезерного станка с ЧПУ

Студент ФабЛаба рассказывает, как он моделировал и фрезеровал печатную плату на станке Roland Modela.

Задача: разобраться в основах проектирования электроники. Повторить печатную плату "Hello World" и добавить по меньшей мере, на неё ещё одну кнопку и светодиод.

В работе мы использовали программный пакет Eagle – специализированное программное обеспечение для создания печатных плат, а также библиотеки Adafruit, Eagle и Fab Academy для получения необходимых компонентов.

Для начала рекомендуется ознакомится с первыми тремя частями учебного руководства по CadSoft Eagle от Jeremy Blum'а:

Скачать необходимые файлы для рассматриваемой в данной статье работы можно по следующим ссылкам:
Схема для Eagle [.sch]
Печатная плата для Eagle [.brd]

Список компонентов для изготовления платы (номиналы - см. в схеме):
1 шт. конденсатор CAP1206
1 шт. кварцевый резонатор
1 шт. 8-битовый микроконтроллер ATtiny44A-SSU
5 шт. резисторов 1206
1 шт. кнопка-переключатель 6 мм
1 шт. разъём для подключения Arduino (ARDUINO_SERIAL_PROGRAM SMD Pin)
1 шт. разъём AVRISP SMD
1 шт. RGB-светодиод

Процесс изготовления печатной платы:

Я чувствую себя очень комфортно, используя в качестве помощника при работе с электроникой программный пакет Eagle. Тем не менее, трудности возникали при поиске нужных компонентов в библиотеках. Например, мне необходимо было поменять конденсатор с простого на электролитический, и это оказалось непросто. Но после того, как я их все нашёл и разместил на схеме, используя модуль Schematic Design, я начал делать соединения - т.е. рисовать печатную плату.

При соединении элементов я руководствовался схемой в файле hello.ftdi.44 .png, но в силу отсутствия специализированных знаний мне всё-таки было трудновато понять, как конкретно в данной схеме работают и на какие параметры влияют применяемые резисторы и конденсаторы. Пришлось почитать "Энциклопедию электронных компонентов" под авторством Чарльза Платта, чтобы разобраться как использовать эти элементы на данной плате, особенно при попытке добавить несколько новых компонентов.

Я решил добавить кнопку и цветной светодиод на свою плату. Для расчёта номиналов резисторов я посмотрел описания используемых компонентов, а также зашёл на онлайн-калькулятор сопротивлений чтобы всё рассчитать. Когда я закончил со схемой, я продолжил вносить изменения в печатную плату. Я разместил все элементы так как мне показалось оптимально, и запустил автотрассировку. Она весьма неплохо развела печатную плату и вручную почти ничего не пришлось доделывать, кроме изменения буквально пары соединений. Когда файл с печатной платой в Eagle был готов, я сохранил его как .png-файл, сделал контур в Фотошопе и отправил его на фрезерный станок Roland Modela для непосредственного её изготовления. Здесь пришлось сделать несколько попыток.
Первая попытка не увенчалась успехом, так как я неудачно - неровно - расположил заготовку и в некоторых местах фреза прошла где-то слишком глубоко, а где-то слишком грубо, и соединения были повреждены.

А вот вторая попытка фрезерования удалась на славу. Печатная плата вышла чёткая и чистая, но как только я начал припаивать компоненты, я заметил допущенную уже другую ошибку: двое из выводов микроконтроллера были подключены неверно. Пришлось вернуться в Eagle, исправлять, и фрезеровать снова.

В третий раз я всё сделал наверняка. Станок добротно вырезал плату, а после - я красиво всё запаял.

Заметка:
Когда дело дошло до программирования, оказалось, что плата не работает. Была допущена очередная ошибка с соединением. Начитавшись литературы и окончательно разобравшись в принципах работы данной схемы, перерисовал её, отфрезеровал её снова с помощью фрезерного станка, и запрограммировал.
Плата получилась даже проще и компактнее: