为民造福翻译利用喷墨打印机做PCB.docx
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为民造福翻译利用喷墨打印机做PCB
为民造福:
翻译“利用喷墨打印机做PCB“
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最近我着力于发现一种快速制作PCB方法,使我能够随心所欲地设计一些电路并在空闲的周末自己搞定它。
过去使用的碳粉热转印方式不是我最想要的,电熨斗苛刻的压力、温度要求都会失之毫厘,谬之千里。
我不喜欢这种无法预料的成功或失败,我想让事情按我所想的去实现,这是我探索新PBC制作方法的初衷,如是有了这篇文章。
一年半前我找到了一个网址(http:
//techref.massmind.org/techref/pcb/etch/c84-st.htm),介绍如何将Epson喷墨打印机改造后可以打印到更厚的介质上,如覆铜板,使像我这样的业务爱好者能够制作定制化的电路板。
你可能注意到这个网址都是围绕EpsonC84介绍的,但Epson的打印机是相似的,我打算拿随处可见的C86开刀了。
因为我有自己的网站,我把这个改造工程的所有东西都文档化了,这样就可以放到多个地方去分享,以方便更多的人看到并做自己的创新。
在网上搜索了一遍,发现很少有人做过这个改造,更没有人给出深入的一步一步的操作指导,因此我将整个改造过程、遇到的问题和解决办法,尽我所能细化下来,以期望这个操作指导能够弥补前面所说的空白。
不多说了,我们来看看这个改造工程需要哪些工具和材料吧
材料:
-显然你需要一台EpsonC80系列的喷墨打印机,就像我前面看到的改造一样
-金属板,如铝板或钢板,大概9-14.5英寸
-大概4英寸的1/4英寸的铝板弯成90度角做成轨道
-一些支架和固定支架的螺钉(我用了3个,你可以看到后面的图片)
-4-40个螺钉,我用的是1/2英寸长的
-与螺钉对应的螺母,我用了16个
-一小块的胶合板或2*4的小板之类的东西
-环氧树脂和/热熔胶
-适合你当前操作系统的打印机驱动程序
-I提供的墨盒套装(后面有详细描述)
工具:
-金属切割砂轮
-各种螺丝刀
-适合螺钉螺母的钳子或扳手
-组装支架的电钻
-熔胶枪-热风枪
所有都准备好就可以开工啦。
第一步:
移开面板将打印机拆开
第一步相当简单,不用做特别的说明。
我先把进纸仓从后面取下来放到一边,这个移开之后你就可以用撬棒在各个地方撬动,使打印机与前面板、侧面板、几乎打印机外壳分离开来。
我把主体外壳保留下来,盖在打印机方便存放。
这一步作完了,打印机所有内部组件都呈现出来,可以进行下一步的改造了。
第二步:
拆下更多组件
把所有的外壳拆下之后,还需要有些内部部件需要拆下来,先放到一边后面还会用到。
首先需要重新安置进纸传感器,因为改造后不会再从打印机的后上方进纸了。
我后面再详细介绍系统是如何工作的,我们先把放在打印机后面的的进纸传感器从电路板上拔出来放到一边,后面还会用到。
接下来要拆的是打印机中央位置的压力轮。
你不需要三组压力轮,中间的压力轮会因为缝隙太小放电路板时而造成麻烦。
我的解决方案是把中间的压力轮去掉留出放电路板的通道。
最后需要拆的是打印头清洁装置。
这里要特别小心!
轻压打印头清洁装置的连接部分就可以把它拆下来,但是它后面还连接着管子,一定要注意不要管子弄烂或拆下来。
这三件事做完,你就可以看到此次打印机改造的核心部分――支撑结构(liftingprocess)。
第三步:
拆除打印头组件
下一步就是你卷起袖子,开始改造过程了。
这一步要进行金属切割因此要特别注意,操作不当有可能会严重伤害到自己从而整个改造过程彻底失败。
因此你应该戴上安全眼镜或护目镜,手要远离飞轮。
对于不能熟练操作切换工具的同学,因为在切割打印机金属部分时会产生金属火花和金属碎屑,带上防护眼镜是非常重要的,你肯定不想让什么东西飞进你的眼睛。
然后可以改造了……
让我们最容易的地方开始,在打印机前轨道上你可以看到两个螺丝,把螺丝拧下来,前轨道就拆下来了。
把它放到一边后面还要装回去。
下面两个螺丝在打印头清洁装置旁边,把这俩螺丝拧下来——打印机右侧支撑结构就松动了。
但这时还不能整个都拆下来,因为还有左边一个金属片和一个暗销来固定着。
这就是要害工具进入的图片。
首先你要计划好要切割掉哪块金属区域,切割的区域尽可能小,从而使火花落到你脸上的可能性尽可能小。
先切割掉前面说的暗销把右侧拆下来,然后把左边整个金属角都切割下来,这样你就可以把打印头组件彻底从打印机底座上取下来了。
如果你是仔细按照指示操作的,现在你面前应该有三部分,和我的贴图对比确定拆解过程正确。
第4步:
清洗打印头(这一步可选)
这一步是可选的,取决于您的打印机的情况。
我的打印机是比较老的,而且一直闲置在一边,因此我决定要清洗打印头。
这个过程相当容易,因为把打印头周边的装置都拆下来了,你可以轻松地把它放在桌子上清洗。
我的打印头很干而且有好多墨水粘在上面了,因此我要寻找最好的方式来清洗它。
我找到的最好的办法是先用棉签把大块的黏性物质弄下来,然后用棉签沾上玻璃清洁剂擦洗打印头表面,这样来把打印头表面的干墨水真正清洗干净。
瞧,我用棉签清洗的打印头相当不错吧。
如前面所讲,这一步是可选的,但这一步使我的打印头焕然如新。
第五步:
重新安装打印头组件――第一部分
现在打印头的各个部分都已经清洗干净了,该是时候把他们装回去把打印头重新组装起来了。
这个过程取决于你想打印到什么材料上,打印材料的厚度如何。
我的改进方案是使用金属托盘,在上面来打印覆铜板。
我使用的材料是1/16英寸厚的材料,还有一些会比1/16英寸稍厚一点的覆铜板。
我可不想打印头离覆铜板太近发生碰撞,因此我需要把打印头组件提升了3/8英寸左右确保安全间隙。
这个主意很不错,将来打印双面覆铜板时照样适用,尽管打印双面覆铜板会比普通覆铜板会厚一点。
接下来就是如何提升打印头组件了,我开始插入垫片来达到所需高度。
最容易的地方是前方导轨,这里原来是通过两个螺钉固定的,现在我把这两个螺钉换成更长的4-40的螺钉,又加上两个螺母作为垫片来提升前方导轨的高度。
把导轨拧回去后,你就可以开始搞最复杂的打印头组件部分了。
第六步:
重新安装打印头组件――第二部分
打印头组件部分的安装有些复杂,应该您需要构造一些支架把原来切割下来的一角重新固定到一起。
我从五金店买了一些固定支架并把它们切割成更小的部分。
看到我贴图中的固定支架了吗,我选择它们是因为它们便宜且适合我的改造,你可以选择适合你的其它支架。
支架选定之后,接下来需要标记好在哪里打孔以便后面用螺丝固定。
这个过程对于底部来说是很简单的,确定哪个放支架,标记,打孔就好了。
把支架固定到底部后,确认打印头组件保持平行,就可以确定上面的孔该在哪里打了。
我在右侧固定到底座的两个螺丝那里加了两个垫片,以保证右侧上面要打孔的点稳定。
然后,我又把支架和切下来的那个角放平用水平仪来校正,进一步保证打孔位置的精确。
这是我又把这些拆下来开始打右侧上面的孔,然后把各部分用螺钉和支架固定好,整个打印头部分是都安装到位了。
第七步:
升高打印头清洁装置
这一步很容易被忽视,实际上要想让您的打印机长期正常运转,这一步是非常重要的。
当您关闭打印机时,打印头就会移到清洁装置中,以防止墨水变干和喷嘴被堵塞。
打印头清洁装置还会用于喷嘴清洗操作中,因此您需要像升高其它部件一样来用心地升高它。
为了保证打印头清洁装置升高到合适的高度,我使用了间接的测量方法,当然你可以您自己的方法来升高打印头清洁装置。
我先把打印头清洁装置装回原处,用剩下的两个支架在打印头清洁装置和底座上做好标记。
然后我在打印头清洁装置的标记下方3/8英寸的位置打孔,在底座的标记位置直接打孔。
打好孔后把支架与底座通过螺钉固定好,然后再把打印头清洁装置固定好。
打开打印机,运行打印头清洗操作,打印头清洁装置应该在能够正常工作。
第八章:
进纸系统
到这里您已经完成了打印机改造的大部分工作,但您会发现进纸传感器还放在一边,还不能很好的把打印介质送进打印机。
既然您都可以用热风枪来完善您的打印作品,当然不肯放过自动传送托盘和覆铜板、释放您双手的创新机会。
我做了一个轨道系统来支撑托盘,使打印机无需手工传送就可以正常工作。
当然您可以改善您自己的系统,这里我把我对打印机的改造过程详细说明一下。
首先要考虑在哪里放置进纸传感器,因为传感器是必须的,没有它打印机不会工作。
它的作用是感知打印介质通过缝隙并将告诉打印机打印介质具体在哪里。
第二点要知道从送纸辊开始进纸到进纸传感器被触发是一定时间延迟的,这部分我在后面讲托盘时再详细介绍。
进纸传感器必须要固定在托盘通过的地方,我早就计划在打印机后面做一个胶合板平台,因此我决定把进纸传感器用热熔胶固定在胶合板平台中,托盘通过的那一侧的位置。
如图中所示我用了多层胶合板在打印机后部作了一个平台区域,这个平台挡住大部分废墨水回收池和金属的电源部分。
这里的关键点是让平台保持水平,如图所示,我在废墨水回收池上面多垫了两片胶合板然后才在上面放了一个大的胶合板覆盖整个平面。
这个平台做好之后,我把最上层的胶片切掉传送盘会通过的一个角,在这个位置放置进纸传感器,这样就可以保证在打印介质通过时传感器给打印机传送期望的信号。
做这个平台主要是为了可以固定支撑轨道,有了支撑轨道就可以把覆铜板放在托盘中送给打印机。
我是用铝片弯成90度角然后切割成我想要的长度,然后用环氧树脂固定在平台的两侧,然后又将一块铝板横穿到后面来提供额外的支撑。
我想测试一下进纸系统各部分是否工作正常,但这还需要找到做托盘的材料来切割。
我找到一块阳极氧化铝板,感觉做托盘不错。
我测量了打印机中间的宽度大概是9英寸,因此我决定做一下纸张大小差不多的9*11.5英寸的矩形。
很幸运我有切割托盘之前了解了很多关于进纸传感器的信息,否则托盘不会很好地工作。
托盘需要切掉一条3.5英寸长的边,以保证送纸辊动作到进纸到进纸传感器被触发之间的延迟。
掌握了这个信,我将托盘的做成9*14.5英寸的矩形,然后在(进纸传感器所在的)一角切掉3.5英寸长的一条。
把托盘切割好后,我给计算机安装了打印机驱动程序,在托盘中放了一张纸,然后尝试打印操作来检查各项功能是否完全正常。
哈哈,打印机各项功能都正正常,我开始准备打印PCB了。
第九步:
填充墨盒
打印机最后的改造环节是墨水,尽管这个打印机仍可以使用Epson普通墨水的墨盒,便这些墨水不耐腐蚀,要做PCB就需要更换耐腐蚀的墨水。
这样就可以给整个改造划上一个圆满的句号,正式因为墨水容易替换的原因才在一开始就选择Epson打印机。
除了易于改造外,Epson打印机还可以使用特殊的压电打印头,这种打印头可以使用一种叫MisPro的黄色墨水(MisProyellowink),而这种墨水会阻塞其它各种打印机的打印头。
所以说这个改造工程中选择Epson打印机是有双重原因的。
如果您点击上面的链接,就会链接到,我在这里买的所有的墨水更换的配件。
实际是真正需要的是一个空的MisPro的黄色墨水盒,但我还买了一些其它东西使整个过程更容易。
首先我在这里买了一下方便加墨的空墨盒,这样我就不用清洗旧墨盒了;然后我买了一套加墨工具,包括两个注射器和一份加墨技巧。
最后我买了一个Espon墨盒芯片复位器,在墨水用完并加墨后打印机仍认为墨盒是有墨水、能够正常用的。
使用这些工具将黄墨水注入到墨盒中,再装入到改造的打印机中,就可以做最后的测试了,腐蚀电路板来看看我的工作成果。
第十步:
打印测试
最近我测试了各种制作PCB的方法,我使用CadSoft'sEagle软件做了一个测试板,包括不同尺寸的三种不同类型的焊盘,我认为这台打印机完全符合标准,表现相当出色。
有些同学肯定好奇这台打印机究竟能够打印多精细的电路,我也打印了drj113'sEthernetArduinoboard电路板,这个电路板中包含很多小器件,还有些表面件,能够让您很好地了解这台打印机可以打印什么。
您可以在下面的视频中看到我是如何打印的,还有两张打印的电路板图。
您一定要看下面一页关于腐蚀电路板的内容,否则会使您的电路板前功尽弃。
第十一步:
腐蚀注意事项
这一步我不想写得太复杂,因为腐蚀电路板是PCB制作过程中比较容易的环节。
但是我还是将我遇到的一些问题写下来,这样大家可以少走些弯路,做出更漂亮的电路板。
首先,所有人都知道要用氯化铁腐蚀电路板,这对环境有害很多人想不用它,但据我所知,MisPro黄墨水只能用氯化铁。
有人会问我怎么会知道,我给你展示一些照片您就相信了。
我尝试过用盐酸和过氧化氢混合腐蚀我的第一套电路板,结果腐蚀液透过了MisPro黄墨水,最终留下一板漂亮的绿色氧化铜,用水一冲使我大失所望。
氯化铁不会透过了MisPro黄墨水,可以按您预期行事,但还有另外一个建议。
第二,覆铜箔板的铜层的厚度是比较重要的。
过去我使用永久性油笔绘制方法和调色剂转印方法腐蚀每平方英尺2盎司的电路板时,永久性油笔绘制方法绘制的电路表现很好,而调色剂转印方法的电路板需要更长些的腐蚀时间。
根据我的经验,MisPro黄墨水不能承受同样时间的腐蚀,毕竟它不是为了这个目的而设计的。
解决方案很简单,选择更更薄铜层的覆铜板,使用1盎司每平方英尺的覆铜板时MisPro黄墨水承受较短时间的腐蚀,最终将给一个一个更好的印制电路板。
(如果你想购买PCB材料,可以在eBay上找,有大把的原料而且价格合理。
我在abcfab开在eBay上商店里买了很多漂亮的PCB材料。
您还可以同他商量特定的材料(覆铜的大小、覆铜厚度等)。
最后得说,我的"TraceandPadTestBoard"设计的实在很糟糕,我得承认是自作自受:
在腐蚀过程中我才意识到需要有太多的铜板需要腐蚀掉。
我想重新设计它减少开放究竟,然后又决定不再腐蚀这些无用的板子了,因为我已经知道整个过程能够正常工作了,再浪费氯化铁没什么意义了。
而且EthernetArduino电路板检验改造后的打印和腐蚀效果就不错,还可以在上面焊原件和做导通测试。
我知道这些看起来可能是愚蠢的或严格的需求,但它们确实在为我工作,我也想把它传递给所有人。
如果您得到的结果还不是很完美的话,试一下您的打印机设置和加热时间。
这些装置一旦正常工作,一切都变得如此美好,您将得到各种漂亮的印制电路板等您去镀锡、焊接。
第十二步:
优化的电路板腐蚀方法(10月24日编辑)
许多朋友都提出我的腐蚀的电路板上满是针孔,我对此也很不满,我找了很多方法来改进。
在众多改进建议中,我推荐两个。
第一个:
升级腐蚀装置成可以加热、可以充气的腐蚀池;第二,有朋友认为我使用的墨水可以加热到比当前加热枪达到的更高的温度。
这两个方法很容易地解决了电路板上有针孔的问题。
我开始找不同的盒子来设计我的心中的腐蚀池。
我空间想要什么样的腐蚀池呢,最后我认为应该是漂亮且不太贵的腐蚀池,那自己动手做是最好的选择。
我在房间中找到一个盛谷物的塑料盒子,它很漂亮,空间上也能放下大一点的电路板,容量也刚好不至于浪费腐蚀液。
我又到当地的宠物店买了买了气泵、塑料管、可以透气冒泡的石头和一个小鱼缸加热器。
我把石头接上塑料管粘在盒子底部,塑料管加一端固定的盒子内壁上。
最后我插上加热器,就可以腐蚀电路板了。
我的第二个改进是使电路板温度更高,使墨水能够坚持到电路板腐蚀完。
我在HarborFreightTools(应该是商店名吧)找到一个双温加试枪的优惠信息,使这个改造易如反掌。
这把加热枪花了我10美元,可以设置570/1100华氏度(约299/593摄氏度)两个加热温度。
这个足够了,因为我发现425华氏度(218摄氏度)是墨水的最佳温度,因为在这个温度时覆铜板因为温度和氧化会开始微微变紫。
两个问题都解决了,我又打印了两块新的电路板,尝试新的加热枪。
这里我必须提出一个警告!
您也许会认为使用1100华氏度(约593摄氏度)的加热温度会更快更好,一定不要这样做!
如果加热太快,就会像我尝试的第一块电路板一样,覆铜板的胶迅速融化,覆铜就会冒泡。
在1100华氏度(约593摄氏度)时覆铜一瞬间冒泡、弹出了,一定不要这样做。
第二块板子,我耐心地用570华氏度(约299摄氏度)慢慢加热整个板子直到它开始变紫。
本想拍张照片给大家做参考,但在相机里看不出来那个紫色,大家自己操作时只好睁大眼睛盯着吧。
当墨水达到这个温度后,我在腐蚀池中注入氯化铁,让它开始加热、冒泡。
当腐蚀池变温暖了我就把覆铜板放进去,每30-40秒看一下。
大概3分钟时间,我的覆铜板开始腐蚀啦。
(这种腐蚀池和腐蚀方法比用手晃动的快了不知多少倍,强烈推荐大家每人搞一套)
电路板腐蚀完成后,我冲了冲就照了这些照片。
你可以看到改进效果是非常显著的,线路很清晰,困扰我许久的针孔也不见了。
第十三步:
大结局
如我在腐蚀章节所讲的,我的第一次腐蚀并不完美。
不要把这个太当回事,只要是打印机功能正常,多打印几次MisPro黄色墨水流畅了,墨盒中的气泡跑出来,一切都会越来越好。
从照片中您可以看到,我已经把所有困难都搞定了,现在腐蚀的电路板已经相当不错了。
我重新打印、腐蚀了EthernetArduino电路板,现在在等着从Digi-Key订购的元件了。
和以前腐蚀电路板的方法相比,这种方法一开始有些不足,但当所有问题都搞定后,我认为这是一种简单、稳定、可靠性很高的方法。
以前要用油性笔一条条线画出来,或者为电熨斗的温度和压力提心吊胆(碳粉热转印方式),现在我只需要把电路板打印出来扔到氯化铁中就OK了。
如果您觉得这个操作指导对您是有帮助的(请在EpilogLaser上投我一票),就尝试打造您自己的EpsonPCB打印机吧。
如果您有疑问可以在这里问我或者到我的网站上提问,记得您把的改造心得发出来啊,让更多人可以看到您的才华和可能的改进。
我真心期望您能在EpilogLaser挑战杯上投我一票,我觉得这个组合PCB打印机的想法和Epilog激光雕刻机相结合是一个不错的项目,我想把这个它变成现实。
我也希望能有更多这个领域的创客和改造大师加入这个项目,使这个激光雕刻机不仅为我服务,能够让更多的合作伙伴用上。
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