日前，由深圳市嘉祺通科技有限公司(www.jqt1.com)研發(fā)的一款PCB打印機(jī)吸引了不少科技愛(ài)好者的眼球。這是一種能集制作高精度PCB，鉆孔，切割SMT模板于一體的微型設(shè)備，由于使用了激光，任何普通用戶在沒(méi)有專業(yè)知識(shí)的情況下也可以制作超過(guò)0.1mm的PCB的精度。隨著科技的發(fā)展，IC器件的尺寸越來(lái)越小，對(duì)PCB的印刷精度要求越來(lái)越高，對(duì)于目前越來(lái)越多的電子愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，更多地選擇到PCB工廠去打樣，或者自己掌握更為精湛的手工制作PCB的技術(shù)。不過(guò)有了這款設(shè)備后，眾多的電子愛(ài)好者可以不必為復(fù)雜的PCB制作工藝擔(dān)憂了，有一臺(tái)普通的電腦，用鼠標(biāo)點(diǎn)一點(diǎn)，就可以制作出高精度的PCB走線。
PCB打印機(jī)是一種利用激光燒蝕的特性將預(yù)先覆蓋在PCB表面的涂層按照PCBLayout的負(fù)片進(jìn)行燒蝕，從而保留正片作為腐蝕前的半成品。
PCB打印機(jī)步進(jìn)能夠進(jìn)行激光燒蝕線路負(fù)片，而且還可以進(jìn)行鉆孔，和切割PVC材質(zhì)的“鋼網(wǎng)”，從而方便小批量的試產(chǎn)。
一般的電子設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)完成后需要進(jìn)行PCB的打樣，經(jīng)過(guò)3－6天的打樣后，收到成品PCB板。進(jìn)行手板的制作。有些則拿到貼片廠進(jìn)行貼片。一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的地方，則需要重復(fù)上述過(guò)程。
PCB打印機(jī)的用途，是在進(jìn)行PCB打樣前可以進(jìn)行預(yù)先的驗(yàn)證。特別是對(duì)于大型的電子電路設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，為了確保整板的功能達(dá)到目標(biāo)，模塊的驗(yàn)證必是不可少的。模塊一般都是單個(gè)或者多個(gè)的電路單元，有些電路單元設(shè)計(jì)時(shí)與實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生差異，有些電路單元在單獨(dú)工作是和與其它電路一起協(xié)同工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的相互影響，為了在發(fā)布定版PCB設(shè)計(jì)前能夠盡可能確保電路有效工作，提前進(jìn)行模塊的驗(yàn)證可以有效減少開(kāi)發(fā)的時(shí)間，提高研發(fā)團(tuán)隊(duì)的工作效率，也可以為企業(yè)節(jié)省一筆不小的開(kāi)支。
PCB打印機(jī)雖然不能做到工業(yè)PCB制程的成品的品質(zhì)，在諸如過(guò)孔這樣的工藝上不能取代工業(yè)PCB打樣，但對(duì)于驗(yàn)證電路模塊上來(lái)講足以滿足一般的工作室和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的需求。
在打印輸出之前應(yīng)該先進(jìn)行鉆孔。鉆孔時(shí)需要預(yù)先在Protel中導(dǎo)出Drill的TXT文件。該文件屬于gerber文件格式，用火影PCB的軟件打開(kāi)后可以讀取。正確讀取后，軟件上會(huì)顯示出設(shè)計(jì)的PCB孔圖。不過(guò)有一點(diǎn)需要注意。Protel輸出的孔的XY坐標(biāo)是以protel設(shè)計(jì)界面的左下角為0，0原點(diǎn)的。此時(shí)應(yīng)該在PCB設(shè)計(jì)時(shí)重新定義原點(diǎn)至KeepoutLayer范圍的左上角，如果你設(shè)計(jì)的外形是一個(gè)圓形，那么原點(diǎn)應(yīng)該定義在此圓的外切正方形的左上角。為了打印雙面板，應(yīng)該在以此原點(diǎn)為中心在toplayer上畫(huà)一個(gè)過(guò)孔作為參考點(diǎn)。
在設(shè)置頁(yè)設(shè)置好3個(gè)參數(shù)：換刀高度，跨越高度，下刀深度。換刀高度一般定為Z軸的最高點(diǎn)，跨越高度一般應(yīng)盡可能貼近PCB板的表面，一般離PCB表面2mm左右，此高度為鉆孔完成后抬刀行走需要的高度；下刀深度為穿透pcb所需要的深度。到當(dāng)點(diǎn)擊“鉆孔”按鈕時(shí)，xy軸會(huì)自動(dòng)移動(dòng)到需要鉆孔的位置，在第一次下刀前和每次檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)鉆孔的直徑變化了，就會(huì)提示更換鉆頭。
在鉆孔前請(qǐng)將PCB板固定牢固。
將準(zhǔn)備好的PCB文件打開(kāi)，設(shè)置好合適的原點(diǎn)，對(duì)于打印雙面板的情況，需要設(shè)置正確的原點(diǎn)，以便使兩面的PCB孔可以準(zhǔn)確無(wú)誤地重合。由于使用了視覺(jué)輔助定位，在視覺(jué)一欄中，可以通過(guò)設(shè)備底部的顯微攝像頭觀察到要打印的目標(biāo)PCB板。對(duì)于雙面PCB來(lái)說(shuō)，應(yīng)該在原點(diǎn)的位置（一般定在TOP Layer的左上角）打一個(gè)1mm左右的小孔，由于孔是通孔，在PCB的兩面均可通過(guò)攝像頭觀察到，運(yùn)動(dòng)xy兩個(gè)軸，使得激光點(diǎn)位于PCB的小孔的正中心即可。由于使用了攝像頭觀測(cè)，不必?fù)?dān)心激光對(duì)眼睛的傷害。
在設(shè)置中設(shè)置好合適的Y方向精度，一般測(cè)試時(shí)使用0.1mm，正式打印可使用0.05mm，這樣可以確保激光點(diǎn)將不必要的部位完全燒蝕干凈，避免留下死銅。
一切設(shè)置完畢點(diǎn)擊打印即可。
測(cè)試打印一般先在紙上進(jìn)行打印，此時(shí)為了提高打印速度，可直接打印正片，特別是對(duì)于一些特殊的封裝，應(yīng)該先打印正片后將元件與打印好的測(cè)試紙進(jìn)行腳位尺寸的測(cè)試，但是對(duì)于正式打印時(shí)必須打印負(fù)片，也就是要點(diǎn)一下“反色”按鈕使得打印的圖片如右圖。
打印的速度視使用的激光的功率大約為8-15分鐘/cm2
此功能一般稱之為“切鋼網(wǎng)”，只不過(guò)由于激光功率很小，不可能切割鋼網(wǎng)，取而代之的是切割PVC薄片，對(duì)于小批量的生產(chǎn)加工來(lái)說(shuō)，效果不遜色于鋼網(wǎng)。
這個(gè)功能使用前需要導(dǎo)出PCB文件的TopPaste和BottomPaste層。使用設(shè)備附帶的PCB軟件打開(kāi)后可以看到paste圖形，這個(gè)paste圖形一般包括一個(gè)外框和里面的焊盤(pán)形狀，然后點(diǎn)擊“識(shí)別”按鈕，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將需要切割的圖形識(shí)別出來(lái)，當(dāng)然也包括了外框的識(shí)別，如果不需要切割外框，則在下面的元素欄中將外框的那個(gè)復(fù)選框去掉，一般是最后的幾個(gè)。接下來(lái)就點(diǎn)擊“切割”按鈕開(kāi)始切割。通過(guò)調(diào)整驅(qū)動(dòng)板上的激光強(qiáng)度旋鈕可以調(diào)小或調(diào)大激光的強(qiáng)度。
這個(gè)頁(yè)面可以設(shè)置以下功能：
起步速度：步進(jìn)電機(jī)的起步每步間隔，數(shù)值為參考數(shù)，不具有實(shí)際單位，范圍0－65535
最高速度：步進(jìn)電機(jī)的最高速時(shí)的每步間隔，數(shù)值為參考數(shù)，不具有實(shí)際單位，范圍0－65535
為減少震動(dòng)和噪音，在加減速模式下步進(jìn)電機(jī)采用漸進(jìn)式起步的方式，由于不同的步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)特性不同，這樣就存在一個(gè)起步加速和減速停止的過(guò)程。上面兩個(gè)間隔數(shù)就是來(lái)設(shè)定最慢的起步速度和最高的運(yùn)轉(zhuǎn)速度的。
燒蝕速度：激光打印過(guò)程中，x軸勻速運(yùn)動(dòng)的速度，數(shù)值為參考數(shù)，不具有實(shí)際單位，范圍0－255，如果設(shè)定的運(yùn)動(dòng)模式為“加減速”，則此項(xiàng)不起作用。
通訊端口：設(shè)置和驅(qū)動(dòng)通訊的串口號(hào)?？梢缘皆O(shè)備管理器中查到。
激光延時(shí)：在燒蝕時(shí)每次的延時(shí)，這個(gè)時(shí)間越長(zhǎng)，照射到某點(diǎn)的激光時(shí)間就越長(zhǎng)，從而客觀上增加了激光的燒蝕強(qiáng)度。
鉆孔設(shè)置：請(qǐng)參見(jiàn)鉆孔機(jī)部分
打印幅面：該設(shè)置定義了PCB打印機(jī)的物理打印范圍。也影響到軟件內(nèi)顯示畫(huà)布的尺寸。如果設(shè)置的范圍超過(guò)了物理范圍，如果打印該尺寸的pcb則會(huì)造成步進(jìn)電機(jī)的移動(dòng)到止點(diǎn)也可能會(huì)損壞機(jī)械結(jié)構(gòu)。
縱向精度：該參數(shù)定義了每次Y軸方向的運(yùn)動(dòng)距離，該距離與激光點(diǎn)的大小有關(guān)，也影響了打印的速度和精度，對(duì)于0.01mm左右的激光點(diǎn)來(lái)說(shuō)，移動(dòng)距離設(shè)置成0.05已經(jīng)完全可以滿足pcb精度的要求了。為了提高測(cè)試時(shí)的速度可以將此距離適當(dāng)增大到0.1或更大。
定位參數(shù)：當(dāng)前位置代表以所設(shè)置的原點(diǎn)位置為邏輯原點(diǎn)的當(dāng)前位置，單位為mm?？梢詫yz三軸移動(dòng)到任意位置后點(diǎn)擊“清零”設(shè)置為原點(diǎn)。無(wú)論是打印，鉆孔，切割鋼網(wǎng)，都會(huì)以此位置為初始參考原點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，所以原點(diǎn)的設(shè)置極為重要。原點(diǎn)的位置一般需要配合激光點(diǎn)的位置，激光點(diǎn)的位置可以在定位一欄中看到，通過(guò)攝像頭，可以清晰看到紅外的激光光點(diǎn)，由于在不打印時(shí)使用的是微弱的啟動(dòng)電流，所以在照射部位不會(huì)產(chǎn)生燒蝕所需的熱量，反而剛好可以使用攝像頭清晰觀察到。
x(y)100mm脈沖數(shù)：x(y)軸方向上移動(dòng)100mm所需要的脈沖數(shù)，脈沖是提供給步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行輸出電流所需的。脈沖的數(shù)字則需要軟件內(nèi)部進(jìn)行換算輸出，從而達(dá)到精確的移動(dòng)。由于絲桿的制造誤差，采用100mm的脈沖數(shù)字計(jì)量可以將實(shí)際的誤差限制在一個(gè)非常微小的范圍內(nèi)。
z10mm脈沖數(shù):同上，只是距離為10mm。
步進(jìn)驅(qū)動(dòng)參數(shù)：根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的差異設(shè)置細(xì)分?jǐn)?shù)，維持電流，和衰減模式。請(qǐng)參見(jiàn)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)IC TB6560AHQ
該功能利用攝像頭拍攝和OPENCV視覺(jué)庫(kù)進(jìn)行輔助定位，特別是用于觀察激光點(diǎn)的位置便于設(shè)置原點(diǎn)。使用鼠標(biāo)可以將綠色的輔助準(zhǔn)星設(shè)置到激光點(diǎn)上，通過(guò)移動(dòng)xy軸將激光點(diǎn)移動(dòng)到所需的原點(diǎn)上點(diǎn)清零設(shè)置原點(diǎn)。
1. 使用了10mm的xy光軸，很大程度上增加了機(jī)架的剛度
2. 使用絲桿和雙螺母消回差，精度<0.01mm
3. 使用了TB6560AHQ步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器最大細(xì)分可達(dá)16細(xì)分
4. 提供限位開(kāi)關(guān)光點(diǎn)開(kāi)關(guān)的安裝位和輸入端子，可支持0點(diǎn)限位功能
5. 提供LED輸出照明端子，恒流輸出可調(diào)，可支持大小電流的LED，可三個(gè)LED串聯(lián)靈活掌握。
6. 攝像頭輔助視覺(jué)
7. 同時(shí)支持鉆孔，打印PCB，切割smt模板多個(gè)功能。
8. 打印幅面達(dá)110×150mm
9. 電機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)10000轉(zhuǎn)每分鐘?？ㄣQ直徑0.4－4mm。運(yùn)行電流12V2A
10. 整機(jī)尺寸 長(zhǎng)350mm寬280高280mm
11. z行程40mm，光軸6mm
12. 激光功率>1.5W
13. 驅(qū)動(dòng)電壓要求12V8A（步進(jìn)電機(jī)0.3A，電鉆啟動(dòng)需要6A，激光1A) 數(shù)字板電壓5V由PC USB提供，待機(jī)電流0.03A，在待機(jī)連接狀態(tài)下為步進(jìn)電機(jī)提供半流鎖定，總電流約0.3A
14. 帶有機(jī)械手輪可以輔助定位，在接觸半流鎖定的情況下有效
15. 設(shè)備已附帶軟件。
16. 總質(zhì)量：5kg
手工制作PCB經(jīng)歷了70年代的刀刻，80－90年代的手繪，90年代末年出現(xiàn)的熱轉(zhuǎn)印，2007年出現(xiàn)的感光干膜，2010年使用雕刻機(jī)雕刻一共五代的演進(jìn)，操作上逐漸省力，準(zhǔn)確度逐漸提高。由于購(gòu)買(mǎi)小型雕刻機(jī)的人多數(shù)只是用來(lái)制作電路板，花較多的錢(qián)購(gòu)買(mǎi)雕刻機(jī)制作電路板逐漸不被認(rèn)可，而熱轉(zhuǎn)印和感光干膜對(duì)于人手工的要求和材料設(shè)備要求又較高，也很難被普通的電子愛(ài)好者長(zhǎng)期采用。 由于激光沒(méi)有壓力，除鉆孔外，對(duì)機(jī)架的剛性要求不高，由于自動(dòng)化程度較高，對(duì)人手工的要求就很低，類似于普通的打印機(jī)，任何人只要能夠操作電腦，所制出的PCB的效果是相同的，在功率激光逐漸普及，價(jià)格逐漸趨于合理的過(guò)程中，激光打印pcb的技術(shù)將逐漸替代傳統(tǒng)手工制作PCB的工藝。
