Gör en korrekt PCB -exponeringsenhet av en billig UV -nagelhärdningslampa: 12 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Vad har PCB -produktion och falska naglar gemensamt? De använder båda UV -ljuskällor med hög intensitet och, som tur är, har dessa ljuskällor exakt samma våglängd. Endast de för PCB -produktion är vanligtvis ganska dyra och de för falska naglar är lite mer konkurrenskraftiga priser.

Detta instruerbara handlar om hur man använder en sådan anordning för att bygga en lågkostnadskälla, lämplig för att avslöja de olika UV -känsliga materialen som uppstår vid kretskortsproduktion, som torrfilmsfotresist och UV -härdbar lödmask.

Förutom att den är mycket låg kostnad (cirka $ 20 för alla nödvändiga material), tar denna version upp några problem som jag har sett på andra enheter på mellanrören:

• Kollimering: För att helt enkelt avslöja en tavla med ganska grova funktioner behöver du inte göra något av detta. Du kan bara använda nageltorkaren som den är och kalla den en dag. Men för att kunna avslöja små funktioner (ned till 5mil, enligt denna webbplats), måste du se till att alla dina UV -strålar kommer från samma riktning, vilket är exakt vinkelrätt mot brädet du exponerar.
• Belysningens enhetlighet över hela exponeringsplanet. Tänk dig att du vill avslöja en riktigt stor bräda, t.ex. A4 eller brevstorlek. Du vill ha samma mängd energi över hela brädet, utan varma eller mörka fläckar. För detta måste energikällan ha ett visst avstånd från exponeringsplanet och du behöver antingen en mycket tätt packad uppsättning UV-källor (som UV-lysdioder, som kan vara ganska dyra), eller en effektiv reflektordesign för UV-källorna du har till hands, vilket är vad jag kom på.
• Exponeringstid: Jag har ingen aning om hur snabb den här källan är med förkänsligt positivt kopparkläddat material, eftersom jag aldrig har använt sånt, men med torrfilmsfotresist känns det riktigt snabbt. Som under två minuter snabbt. Saken är, jag är inte riktigt kvalificerad för att korrekt tolka resultaten, så jag måste samla några fler åsikter om den här.

Så trots att den är mycket låg, kommer denna byggnad att göra det möjligt för dig att uppnå resultat som matchar, eller (i vissa fall) till och med överträffar de enheter som är upp till 10 gånger dyrare.

Steg 1: Verktyg krävs

• Stark sax
• Någon sorts såg eller (helst) CNC-router för att skära ut reflektormallarna
• Het trådskumskärare (mycket lätt att göra!)
• Lim pistol
• Gammal skruvmejsel (vilken typ som helst kommer att göra)
• Lödkolv, trådskärare
• Varmluftskälla. En tändare kommer att göra, men en varmluftsrenoveringsstation är trevligare:)

Steg 2: Material

• UV nagelhärdande lampa som den här
• 300x220x100mm bit XPS eller liknande skumbräda (om du inte kan få 100mm -grejerna kan du använda tunnare lager, se bara till att det är minst ~ 60mm)
• rörmokare aluminiumtejp
• tråd
• krympa röret
• buntband
• löda
• silvertejp
• heta limpinnar
• två bitar av plywoodskrot, tjock kartong, PCB -material eller liknande, minst 110x60 mm i storlek

Steg 3: Nedladdningar

Här är filerna för att göra reflektormallarna och det förbättrade kalibreringskortet.

För reflektormallen finns två g-kodfiler, en för fräsning och en för laserskärning. Det finns också en SVG. Bordskonstverket tillhandahålls som en örnfil och som en inverterad PS -fil.

Steg 4: Riv isär UV -nagelhärdningslampan

Först måste du få ljusarmaturerna och kretskortet från nagelhärdningslampan. Skruva loss alla skruvar, dra ur alla pluggar och avlöd kablarna till armaturerna, eftersom alla dessa måste förlängas ändå.

Skär sedan fixturerna från höljet. Se till att du inte gör detta med lamporna installerade, annars kan de bromsa! Du behöver inte arbeta supertvätt, var noga med att klippa av allt överflödigt material på den sida som lampan går in, eftersom detta kommer att limmas på reflektorn och därmed måste spolas.

Steg 5: Beräkna reflektorn och skapa en mall

Om detta inte är din grej kan du hoppa över det här steget, för jag gjorde det åt dig.:)

För dem som vill veta, här är:

En parabolisk reflektor är ett trevligt sätt att fokusera parallella strålar i en enda punkt, men det fungerar också tvärtom.

Som du kanske har märkt nu är UV -rören i nagellackstorkarna inte dina vanliga runda lysrör med en kontakt i varje ände eftersom de används i de flesta kommersiella hobbyenheter.

Så vår reflektor är inte heller en vanlig parabolform, utan två överlappande istället.

Här är mätningarna från rören:

Rördiameter = 11 mm

Rörförskjutning från mitten = 7,5 mm

Total reflektorbredd = 110 mm (halva exponeringsplanet)

Önskad brännpunkt = 12 mm (lämnar cirka 6 mm mellan yttre rörväggen och reflektorväggen. Bör räcka, eftersom rören inte blir särskilt varma)

För en vanlig, enda parabel som översätter till dessa värden:

Parabolbredd = 95 mm

Parabolfokus = 12 mm

Ekvationen för en parabel (inklusive fokus) går så här:

y = x^2 / 4f där x är halva bredden eller diametern, f är brännvidden och y är den höjd vi vill veta.

Med våra värden inkopplade ser ekvationen ut så här:

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

Så vårt y vid x = 47,5 är 47. Nu är det bara att plotta två av dessa paraboler och överlappa dem 15 mm från varandra. Det finns olika sätt att göra detta. Jag använde freeCAD, vilket förmodligen inte är det bästa sättet att göra det, så jag går inte in på det.

När du har fått en grafisk framställning av din reflektorform är det bara att hitta ett sätt att överföra den till ett fysiskt föremål, vilket kan göras med hjälp av en laserskärare, en CNC -kvarn eller på gammaldags sätt med en bandsåg och mycket svordomar. Kom ihåg att ditt mallmaterial måste tåla värmen från den heta trådskäraren.

Steg 6: Skär reflektorn

Innan du skär in din enda bit skumlager är det en bra idé att träna lite. Innan du skär den faktiska reflektorformen bör du också klippa alla andra urtag som du vill ha i ditt skumblock (för montering och för att passa strömförsörjningskortet för UV -lamporna). Du kan göra monteringshål genom att värma en gammal skruvmejsel med en tändare eller en varmluftspistol och peta den i skummet.

Fäst mallarna på skumbrädan, så att de är exakt motsatta till varandra. Du kan använda varmt lim för detta, men se till att inte använda för mycket, så att du kan få bort dem utan att förstöra skummet senare. Skär sedan ut skummet under mallarna med en het trådskärare. Observera att skärlängden på din heta tråd måste vara minst hela reflektorns bredd, dvs 300 mm.

Om ena halvan av reflektorn är klar, ta försiktigt bort mallarna och klistra dem på den återstående halvan. Klipp ut skummet, ta bort mallarna och du är klar med det här steget.

Några ord om att göra och använda en trådskärare:

Jag gjorde en mycket enkel av några bitar av träskrot, lite tråd och en E -sträng från en elgitarr (.009 gauge, om jag inte minns rätt). Det knepiga är att hitta en lämplig strömförsörjning. Om du inte har tillgång till en laboratoriebänkens strömförsörjning måste du experimentera med vilken strömkälla som ger dig rätt temperatur. Människor på webben verkar ha varit framgångsrika med olika typer av väggvorter eller batterier. Det bästa sättet jag har sett runt är att använda ett LiPo -batteri med en borstad hastighetsregulator och en servotester. Använd inte LiPo -batterier utan en hastighetsregulator om du inte vet vad du gör, de kan spränga dig!

Här är en mycket bra video som förklarar det hela i detalj.

Steg 7: Gör reflektorn reflekterande

Även om UV-strålning är en del av det synliga ljuset som är runt omkring oss, är dess egenskaper helt annorlunda än de hos synligt ljus. En spegel som fungerar för synligt ljus fungerar kanske inte alls för UV. Aluminium är emellertid känt för att vara mycket reflekterande i UV -spektrumet. Därför är detta vad vi kommer att använda för att täcka reflektorn.

Jag använde tejp av rörmokare i aluminium, vilket är lätt att använda och fungerar som annonserat (dvs det speglar UV -strålning), men kostar lite (upp till $ 10 per rulle). Om du har en låg budget kan du komma undan med köksaluminiumfolie, men jag skulle avråda det, helt enkelt för att jag föreställer mig att det är en enorm smärta i rumpan att försöka lägga ut de krinkliga grejerna. Rörmokare tejpen är också självhäftande, vilket sparar dig huvudvärk att hitta någon form av lim som inte kommer att smälta skummet reflektorn är gjord av.

Steg 8: Montera fixturerna

Nu kan du äntligen installera lamporna i armaturerna. Det stämmer, du installerar lamporna innan du limmar armaturerna på reflektorn. Detta beror på att det är mycket lättare att justera lamporna så att de är i fokus för reflektorn, än utan att lamporna är installerade.

Nu är denna del viktig:

Reflektorns fokus ligger exakt 12 mm över reflektorns djupaste punkt, så mitten av dina UV -rör måste vara så nära fokus som möjligt. Observera också att reflektorn egentligen inte är en parabel, utan två överlappande sådana, eftersom dina UV -lampor har två parallella rör.

Steg 9: Kabeldragning

Med alla lampor på plats kan du koppla upp allt och montera strömförsörjningen i urtaget du klippte innan. Dra ut ledningarna för lamparmaturerna och var noga med att isolera alla punkter som har nät eller hög spänning ordentligt.

Slå av det för ett test och om allt fungerar, fortsätt till det sista steget.

Steg 10: Montering och kalibrering

För att kollimering och homogeniseringseffekter av reflektorerna ska fungera korrekt behöver du ett avstånd på cirka 40 cm mellan kanten på din reflektor och ditt exponeringsplan. Jag tyckte att det var lättast att montera exponeraren under en hylla och ha mitt exponeringsplan på en annan hylla under den.

För att hålla din PCB och konstverk på plats kan du använda ett glasskiva (bättre två ihopklämda) eller ett vakuumbord/påse (den överlägset bästa lösningen). Jag gjorde en mycket rå (men fungerande) vakuumpåse av en medelstor fryspåse, en bit plastslang och lite varmt lim. Tejpa konstverket på ditt bräda, lägg det i påsen, anslut det till någon form av vakuum (det finns billiga akvariepumpar som kan modifieras, en stor (> = 50 ml) spruta fungerar också, eller om allt annat misslyckas stick in slangen i munnen och sug på den:))

EDIT: Jag fann att en 60 ml spruta och en klämma från hemförbättringsbutiken gjorde den perfekta vakuumpumpen. Se bilden!

Men innan du kan använda din exponerare måste du kalibrera den, så att du vet hur länge du ska exponera. Jag vet två sätt att göra detta och bara ett av dem kan göras utan att behöva köpa extra saker, så det här kommer att vara det jag kommer att diskutera här.

Jag gjorde en liten (egentligen är den liten!) Skivlayout som är ett bord med en "räknare" i ena kolumnen och spår av minskande bredd i den andra. Efter att ha värmt upp exponeraren i ~ 10 minuter (du måste göra detta varje gång du vill exponera ett bräda, för konsekventa resultat) börjar du exponera brädet med alla utom raden "10 minuter" täckt av något ogenomskinligt (t.ex. en plast presentkort, se bara till att det verkligen är ogenomskinligt!). Efter en minut drar du lite i kortet för att avslöja raden "9 minuter" osv. Låt brädan sitta på en mörk kall plats i några minuter (5-30) efter att ha exponerat och utveckla den som vanligt. Även utan att etsa brädet bör du ha en ballpark -siffra på hur länge du behöver exponera dina brädor för bästa möjliga resultat. Här är en bild av hur ett korrekt exponerat och utvecklat spår ska se ut.

Det andra sättet att göra detta är att använda en Stouffer -skala som beskrivs här.

Steg 11: Slutsats och erkännanden

Även om fabrikstillverkade PCB är lättare tillgängliga än någonsin, finns det fortfarande några nischer där DIY är ett genomförbart alternativ. Tänk dig att du behöver en tavla gjord just nu, eller bara en, men en stor, eller de många iterationer som en tavla kan gå igenom under utvecklingen. I sådana fall kan det bli lite dyrt att ha 10 tavlor gjorda varje gång du behöver en, för att inte tala om att behöva vänta +4 veckor på att de kommer fram till din dörr.

Det finns också otaliga alternativ för att göra PCB hemma, inklusive isoleringsdirigering och toneröverföring, men den traditionella metoden (fotokemisk bearbetning) ger överlägset bästa resultat.

Exponeraren i denna instruerbara är starkt baserad på UV -källan som beskrivs här, men deras design är fortfarande tio gånger dyrare att bygga än så här. En sak deras design har, men jag har inte lagt till ännu är kollimationsnätet, främst för att laserskäraren på vår lokala makerpace var trasig i veckor, så jag kunde inte göra en. Jag kan lägga till en senare och rapportera om resultaten, men för tillfället är jag riktigt nöjd med resultaten av denna superbilliga byggnad.

En annan stor inspirationskälla var de olika videoklippen och instruktionerna från den lysande David Windestål på rcexplorer.se. Den här killen har några riktigt galna färdigheter!

Om du har kommentarer, korrigeringar eller något, vänligen kommentera. Om du är intresserad av mina andra projekt kan du kolla in min blogg.

Steg 12: Mer kalibrering och verkliga världsresultat

Den första kalibreringskortdesignen jag gjorde var en snabb och smutsig layout jag gjorde utan att tänka för mycket på det. Men jag ville ta reda på vad min nya exponerare verkligen kunde, så jag gjorde en förbättrad, den här gången med fyra grupper av vertikala spår, 7, 6, 5 och 4 mil med efterföljande mellanslag. Observera att den annonserade 5/5mil -upplösningen var från den ursprungliga tänk- och tinker -designen, som har ett kollimationsgaller. Som bilderna visar verkar detta rutnät inte vara nödvändigt för att uppnå 5/5mil.

REDIGERA:

Jag gjorde ännu en kalibreringskortdesign, som jag hade avslöjat på film, för att en gång för alla veta vad som är vad. Tja, nu vet jag. Även med riktiga fotografiska konstverk är 5/5 mil det bästa som är praktiskt taget möjligt. 4/4mil fungerar, men på den nivån spelar varje smutsfläck roll, och mitt hemlabb är helt enkelt inte tillräckligt rent. Det är inte så att jag brukar använda något mindre än 10mil ändå (förutom vissa fotavtryck, uppenbarligen), även när jag har mina brädor tillverkade i en fabrik.

Så, är jag nöjd med hur detta blev? Du slår vad jag är! En exponeringsenhet för mindre än 30 euro som klarar 5/5mil -funktioner (och i teorin ännu mer), den enda nackdelen är att den inte är riktigt lika strömlinjeformad som de snygga nya LED -boxarna, alla bygger nu. Men utan tvekan mycket billigare!