Hace algunas semanas me planteé realizar unos prototipos de interface de Arduino. Para eso necesitaba hacer un circuito impreso y, como no tengo insoladora ni espacio para ponerla (y además ese sería un accesorio que usaría 2 veces al año), busqué formas alternativas. Encontré el método de la transferencia de tóner con acetona (o quita-esmalte de uñas) y el de la transferencia en caliente mediante una plancha. Ninguno de los dos me funcionó. Lo probé con distintos tipos de papel y distintos tipos de tóner, siempre con impresoras láser. En ningún caso hubo una transferencia de tóner del papel al cobre. No sé la razón pero, como máximo, en algún caso se veía una leve sombra sobre el cobre.
Por eso decidí iniciar otro método alternativo.
El método se basa en usar la impresora 3D (una Ender-3 pro) como plotter, dibujar el circuito directamente sobre el cobre y atacar químicamente.
Para eso hay que seguir unos pasos.
1. Convertir la impresora en plotter
Eso se consigue añadiendo un rotulador a la impresora 3D y programando algunos parámetros con valores adecuados.
Buscando en internet en la web thingverse encontré varias posibilidades, alguna funcionaba mejor que otra. Los problemas que se presentan son básicamente:
- el ajuste de la posición del rotulador
- La fijación a la impresora
- La fuerza de apoyo del rotulador la superficie de escritura
- la rigidez y ausencia de holgura del rotulador
Finalmente, después de varias pruebas decidí que la mejor solución era una de la web thingverse que podéis encontrar aquí y descargarlas.
Se trata de un dispositivo para Prusa que voy a adaptar a mi ENDER-3.
El material es el siguiente:
- Las 3 piezas del diseño de thingverse que nos bajamos e imprimimos con nuestra impresora 3D
- El adaptador a ender-3
- Un tornillo de M03x25, con arandelas y tuerca
- Un tornillo de M05x35, con arandelas y tuerca
- Una goma elástica común
- Un rotulador Staedler Lumocolor permanente de punta fina (tipo S)
- Algo de lubrificante (sirve un poco de grasa o talco)
- Papel DIN A-4
- Placa circuito impreso con cobre (no fotosensibilizada)
Soporte de rotulador. Este es el punto más delicado de todo el proceso. Se imprime la pieza y luego se verifica que el rotulador entre fácilmente en él. Normalmente hay que ajustar el diámetro de los orificios porque no desliza bien. Suavemente, con una lima redonda, vamos aumentando el diámetro de los orificios, sin pasarnos. Si nos pasamos y el rotulador tiene demasiada holgura, se perderá calidad del resultado. Además, como el rotulador, aunque parezca cilíndrico no lo es, el diámetro del orificio superior es ligeramente mayor que el del inferior. Podemos ayudar al deslizamiento del rotulador poniendo un poco de talco o grasa, muy poca (nunca las dos cosas).
Adaptador para ENDER-3. Imprimimos el adaptador para ENDER-3. Le atornillamos el soporte para rotulador y lo instalamos en la ENDER-3 mediante un tornillo,de M05 con arandelas y tuerca. Bien fijado, que no se mueva. Para fijar el conjunto a la impresora bastará con aflojar un poco los tornillos que fijan el carro del nozzle e introducir la pieza en ese espacio y atornillar de nuevo.
Para descargar el fichero STL, hacer clic aquí
Finalizar el montaje. Para finalizar bastará añadir la pieza de tope con su tornillo M03, arandelas y tuerca, el "empujador" del rotulador y la goma elástica. El tope sirve para evitar que el rotulador (por el empuje de la goma elástica) baje al levantar el cabezal para hacer un movimiento sin escritura y raye el dibujo. La holgura que deberá tener es pequeña, de 1 a 2 mm aproximadamente.
Ajustes. Los ajustes a realizar serán los siguientes:
Puesto que no vamos a quitar el cabezal de la impresora, haremos un ajuste para que la punta del rotulador quede más baja que el noozle (unos pocos milímetros, 5 ó 6). Esto es imprescindible si queremos evitar tener que desmontar el noozle y por ello será necesario subir el final de carrera del eje Z.
A continuación pondremos una hoja de papel en la impresora que fijaremos con adhesivo y procederemos a hacer un auto-home para que el cabezal vaya a la posición de origen. Una vez en esta posición, procederemos a ajustar de nuevo el rotulador para que la punta apoye sobre el papel. Puede ser necesario mover de nuevo el final de carrera del eje Z (si lo habíamos desplazado mucho) o nivelar de nuevo la cama de la impresora. Moviendo manualmente la cama, verificamos que el rotulador escribe en el papel.
A continuación fijaremos el tope en esta posición, para impedir que punta del rotulador haga excesiva presión sobre el papel lo que podría producir un desgaste excesivo de la punta, falta de precisión del trazado (demasiado grueso) o incluso un efecto de holgura.
2. Generar la imagen
Ajustes en el slicer. Finalmente vamos a generar un fichero imprimible por la ENDER-3 mediante el programa CURA. Para ello disponemos de una imagen PDF generada por un software para hacer circuitos impresos (que será el objetivo). Como CURA no permite cargar ficheros PDF, hacemos el siguiente truco:
- Visualizamos el PDF en pantalla ampliándolo al máximo
- Hacemos una captura de pantalla y nos generará una imagen PNG
El objetivo era disponer de una imagen PNG para cargar en CURA; cualquier otro método es igualmente válido si conseguís generar un PNG con buena resolución. No he generado directamente el PNG desde el programa de diseño de PCB (yo uso EasyEDA) porque el resultado obtenido tiene muy baja resolución y no es satisfactorio. Por eso he hecho el paso de generar un PDF y a partir del PDF, generar un PNG con mucha mejor resolución.
Un par de detalles que no hay que olvidar:
1/ la imagen de la que disponemos es la vista desde el lado componentes. Por lo tanto hay que invertirla (como si fuese un espejo). Para ello, cualquier programa de dibujo tiene la opción de voltear una imagen. Una buena costumbre es la de escribir algún texto en el lado cobre y verificar que se lee correctamente en la imagen del programa CURA
2/Al finalizar el cirduito efectuar una medida, lo más precisa posible de la anchura. Este dato nos será de utilidad más adelante
Arrancamos el programa CURA y hacemos la instalación de una nueva impresora que yo he llamado "ENDER-3 Plotter". Esto nos permitirá modificar los ajustes para usarla como plotter sin alterar los ajustes que tuviésemos en la ENDER normal. En esta "nueva impresora" haremos algunos ajustes básicos:
- Temperaturas (noozle y cama) a 0
- Retracción en eje Z de 5 o 6 mm
También podemos aumentar el relleno a 100%, para asegurar que queda bien recubierto de tinta, variar la velocidad o aumentar la precisión o la distancia de retracción en el eje Z. Todo ello en función del resultado que se obtenga.
Una vez tenemos el fichero PNG, lo cargamos en el CURA y nos aparece algo así
Como se puede ver las dimensiones no son las correctas. Procederemos a modificarlas. En nuestro caso la dimensión X del circuito es de 40 mm (lo hemos medido antes, al dibujarlo en el programa de diseño de PCB).
Como esto es una impresora 3D, si no hacemos nada más nos hará una reproducción en 3D de la placa entera. Pero como solo queremos las pistas de cobre, finalmente "hundimos" el dibujo para que sólo se impriman las pistas y no la placa. Normalmente con bajar la posición Z en 0.2 a 0.5 mm debe ser suficiente.
Ya podemos segmentar y pasar el fichero a la impresora.
3. Impresión
Empezamos a imprimir la prueba sobre papel
Y vemos que el resultado es correcto. No es preciso (en este caso) esperar a la finalización de la impresión sobre papel, porque se trata solo de una prueba. Podemos pararlo en cualquier momento, aunque nos quede una raya. El objetivo era verificar el funcionamiento y la posición en la que imprime el circuito, que está desplazada por la distancia entre el noozle y el rotulador.
Realización del circuito impreso. Par imprimir el circuito impreso, empezamos por tomar una placa de cobre de medidas apropiadas y limpiarla bien. Usamos para ello lana de acero para decapar el posible óxido, y luego acetona para no dejar ningún tipo de suciedad ni óxido. Estas operaciones las realizamos con guantes de nitrilo o látex que evitan que dejemos grasa con los dedos y que son resistentes a la acetona. Atención con la acetona: es muy volátil e inflamable. Hay que hacerlo en un sitio ventilado y en ausencia de cualquier llama o chispa.
Procedemos a acondicionar la superficie
y después colocamos la placa de cobre en la impresora, en el mismo lugar en que se ha hecho el dibujo sobre papel y la fijamos con cinta adhesiva. Como el grueso de la placa de circuito impreso es muy grande, usamos un trozo viejo de placa para hacer el nuevo reglaje del rotulador. Y finalmente lanzamos la impresión
4. Atacado del cobre
Esta es la parte más fácil. Para eso necesitamos un recipiente de plástico, agua oxigenada de 110 volúmenes y salfuman comercial. Guantes y gafas de protección son imprescindibles porque trataremos con productos químicos muy corrosivos. No usaremos percloruro de hierro, que es un clásico. En su lugar lo haremos con agua oxigenada (peróxido de hidrógeno) y salfuman (ácido clorhídrico) del que venden en todas las tiendas. Si tenemos bicarbonato sódico, también lo podemos utilizar, aunque es opcional y no es necesario, aunque sirve para parar la reacción del ácido.
Las proporciones las vamos a hacer "a ojo", porque tampoco es muy crítico. Lo importante es que el agua oxigenada sea de 110 volumenes (botella negra) no la que se usa para desinfectar normalmente, que no es suficientemente oxidante y la reacción sería muy lenta.
Ponemos el circuito en el recipiente de plástico y lo cubrimos con agua, solo hasta cubrir. Luego añadimos un chorro de salfuman (aproximadamente la mitad que de agua) y otro tanto de agua oxigenada.
La reacción se inicia inmediatamente y vemos como el cobre desaparece en pocos segundos. Si la reacción va muy lenta o no hay en absoluto, podemos añadir más ácido y más agua oxigenada.
Agitamos el recipiente para que el ataque sea homogéneo y en un par de de minutos ya está listo (el agua irá tomando un color azulado, del ion cobre que se forma).
Cuando desaparece todo el cobre, lo sacamos, lo enjuagamos con agua y con bicarbonato (opcional). Lavamos y secamos.
Finalmente, limpiamos la tinta con acetona.
Et voilà !!!
