Gravure circuit imprimé via CNC

Ayant fait l’acquisition d’une CNC 3018 PRO, je me suis lancé dans la réalisation de mon premier circuit imprimé.

L’objectif : premier circuit à graver et monter.

Le paquet à la réception et première ouverture

Premier test sur du bois

Deuxième partie

Troisième partie

Découpe du circuit

Premier circuit achevé, face inférieure.

Etapes à suivre :

1 Générer la platine (dessin des pistes)

Logiciel EAGLE

Réaliser le schéma :
- Trouver les empreintes (Footprint) de chaque composant (dans les libraries par défaut ou online),
- Ajouter les librairies manquantes via le gestionnaire de librairies (les passer dans « Use »),
- VCC et GND sont à prendre dans les librairies par défaut,
- Tous les signaux qui s’appellent avec le même nom seront interconnectés automatiquement (VCC, GND, …).
Puis la platine (board) :
- Autorouting : ajuster les paramètres dans « Edit/Design Rules »
  (20mil pour toute distance dans « Clearance » et « Sizes » (Minimum Width)),
- Ajouter sa marque (texte coté piste après avoir fait un « Flip Board »),
- Faire un contrôle « Tools/DRC/Check » et corriger les éventuelles erreurs,
- Ramener la platine sur l’origine du repère.
Générer les fichiers « CAM » via « File/CAM Processor ».

2 Générer les fichiers de gravure (pistes, perçage et contour)

Logiciel FlatCAM (mode « Advanced »)

Ouvrir les fichiers
- Gerber (Ctrl+g) : « copper_bottom » (pistes) et « profile » (contour) dans le répertoire « GerberFiles »,
- Excellon (Ctrl+e) : « drill_1_16.xln » (trous) dans le répertoire « DrillFiles »,
Selectionner les 3 fichiers dans la colonne de gauche puis faire un flip sur axe X (touche « x ») pour graver le bon coté piste,
Selectionner le fichier des pistes puis aller dans l’onglet « selected »,
- Choisir l’outil utilisé (V-Shape, V-Tip Dia 0,2, Angle 30, Cut Z – 0,03, Feedrate X-Y 40),
- Cliquer sur « Generate Isolation… »,
- Passer « Spindle Speed » à 10000 puis cliquer sur « Generate CNCJob… »,
- Sauver le fichier en cliquant sur « Save CNC Code ». Ce fichier est prêt à être gravé.
Selectionner le fichier du contour puis aller dans l’onglet « selected »,
- Cliquer sur « Cutout Tool »,
- Tool Dia 3, Cut Z -3, Multi-Depth 0,4, Gap size 2,5, Gaps 4,
- Cliquer sur « Generate Rectangular Geometry… », puis aller dans l’onglet « selected »,
- Passer « Spindle Speed » à 10000 puis cliquer sur « Generate CNCJob… »,
- Sauver le fichier en cliquant sur « Save CNC Code ». Ce fichier est prêt à être gravé.
Selectionner le fichier de perçage puis aller dans l’onglet « selected »,
- Selectionner tous les trous dans la liste,
- Cut Z -3, End move Z 2, Spindle Speed 10000,
- Si des trous sont plus grands que le diamètre de l’outil, les selectionner puis cliquer sur « Mill Drills Geo », Cut Z-3, Multi-Depth 0,2, Feedrate X-Y 40, Spindle Speed 10000, puis cliquer sur « Generate CNCJob… », et sauver le fichier pour ces gros trous,
- Revenir sur le fichier « trous », selectionner les trous restant à percer, cliquer sur « Create Drills GCode »,
- Sauver le fichier en cliquant sur « Save CNC Code ». Ces fichiers sont prêt à être gravés.

3 Préparation de la CNC

Logiciel Laser GRBL (Passage en mode fraisage)

Retirer la fonction Laser si besoin avant de passer au fraisage.

4 Gravure

Logiciel OpenCNCPilot

Ce logiciel permet à la fois de lire le fichier de commande GRBL généré par FlatCAM, puis de mesurer le défaut de planéité de la platine à graver, d’intégrer ces défauts dans le code GRBL puis d’envoyer le code GRBL modifié vers la CNC.

Préparer la CNC en amenant l’outil au point de départ souhaité de la gravure, y attacher les pinces de « Probing » (2 pinces croco reliées à la platine Arduino sur le bon connecteur).
Connecter la CNC à l’ordinateur via USB puis cliquer sur « Connect » dans widget « Machine » en haut à droite. Si pb, cliquer sur « Settings » pour trouver le bon port, puis « Connect » de nouveau.
Réaliser une mise à zéro du Z en cliquant sur « Probe and set Zero » dans le widget « Macros » en bas de la colonne de gauche,
Ouvrir le document (un premier fichier GRBL) généré par FlatCAM (« Open » dans widget « File »), si il y a des warnings, valider par « Ok », on peut aussi faire un « Simplify » dans le widget « Edit » qui élimine les commandes inutiles du fichier,
Dans le widget « Probing » de la colonne de gauche, cliquer sur « Create New » puis « Size From GCode » puis « OK ». Cela ca définir la surface à scanner pour les défaut de planéité.
Lancer la mesure en cliquant sur « Run » dans le widget « Probing ». La mesure des défauts est réalisée par la CNC.
Une fois cette mesure terminée, cliquer sur le bouton qui s’est activé « Apply HeightMap » dans le widget « Edit ». Celà va modifier les commandes du fichier GRBL d’origine pour y intégrer la forme de la platine à graver.
Enfin, bien retirer les pinces de « Probing » puis lancer la gravure en cliquant sur « Start » dans le widget « File ».
Ensuite, refaire ces manips pour chacun des 2 autres fichiers en ayant remplacé l’outil par celui adapté (perçage ou découpe).

Annexe – Calibration (détermination de la coupe réelle de l’outil utilisé)

La calibration consiste à tester l’outil installé pour connaître exactement la largeur de coupe du cuivre.
Pour cela, je me suis inspiré de la méthode trouvée ici : http://phk.freebsd.dk/CncPcb/calibrate.html

Logiciel EAGLE (Dessin du circuit imprimé de calibration)

J’ai réalisé le script EAGLE qui permet de dessiner la platine de calibration avec des mesures en mm.
Vous le trouverez ici (sous licence CC BY-NC-ND 4.0). Sinon, directement le fichier « board » ici (sous licence CC BY-NC-ND 4.0). Ou encore le fichier GBR ici (sous licence CC BY-NC-ND 4.0).

Logiciel Flatcam (génération du fichier de commande pour la CNC)

Ouvrir le fichier GBR dans FlatCam,
Configurer l’outil (V-Shape, Dia 0,1, Angle 30, Cut Z -0.04, ce qui donnerait un diamètre outil de 0,1214mm)
Générer la géométrie d’isolation,
Configurer les paramètres : End move Z à 5, feedrate X-Y à 40, Feedrate en Z à 40, spindle speed à 1000,
Puis créer le CNC Job Object et sauver le code CNC.

Logiciel OpenCNCPilot (Gravure de la platine de calibration)

Préparer la CNC en amenant l’outil au point de départ souhaité de la gravure, y attacher les pinces de « Probing » (2 pinces croco reliées à la platine Arduino sur le bon connecteur).
Connecter la CNC à l’ordinateur via USB puis cliquer sur « Connect » dans widget « Machine » en haut à droite. Si pb, cliquer sur « Settings » pour trouver le bon port, puis « Connect » de nouveau.
Réaliser une mise à zéro du Z en cliquant sur « Probe and set Zero » dans le widget « Macros » en bas de la colonne de gauche,
Ouvrir le document (fichier GRBL) généré par FlatCAM (« Open » dans widget « File »), si il y a des warnings, valider par « Ok », on peut aussi faire un « Simplify » dans le widget « Edit » qui élimine les commandes inutiles du fichier,
Dans le widget « Probing » de la colonne de gauche, cliquer sur « Create New » puis « Size From GCode » puis « OK ». Cela ca définir la surface à scanner pour les défaut de planéité.
Lancer la mesure en cliquant sur « Run » dans le widget « Probing ». La mesure des défauts est réalisée par la CNC.
Une fois cette mesure terminée, cliquer sur le bouton qui s’est activé « Apply HeightMap » dans le widget « Edit ». Celà va modifier les commandes du fichier GRBL d’origine pour y intégrer la forme de la platine à graver.
Enfin, bien retirer les pinces de « Probing » puis lancer la gravure en cliquant sur « Start » dans le widget « File ».
La lecture de la platine de test doit vous permettre de trouver quelle est la largeur de l’outil utilisé. Mémorisez cette mesure pour générer le fichier GRBL de votre circuit à graver.