LDI = přímý osvit PCB, fotovrstva je osvícena UV laserem.
Celý stroj navrhuji s důrazem na rychlost a přesnost, hlavním řiditelem jsou peníze. Kdybych si mohl koupit profi osvitový stroj pro LDI tak si nemusím navrhovat a stavět vlastní. Ukázalo se, že moc možností konstrukce není.
Nemohu použít CNC, nemohu předělat tiskárnu a rastrovat, všechno je strašně pomalé. Tiskárna zvládně tak 2 řádky (30cm) za vteřinu. Minimální množství řádků bude 600 na palec. Na délku 50cm to je 11811 řádků. 100 minut na desku. 7min/dm2. Hodně to není, ale zamýšlenou průchodnost to nenaplňuje. Chci mít technické prostředky pro zvládnutí 1m2 denně (za 8 hodin).
Před galvoservy se ještě nachází rotační osvit, profi stroje mají různé varianty toho prvního a já postavím variantu toho druhého.
Jak takový stroj vypadá?
Jedná se o jednoosý CNC stroj, který má jako druhou osu rotující laser. Představte si to jako hodně (hodně) přesný persistence of vision. Znáte to, takový ty hodiny, co fungujou jen když se točí motorek.
Problémů to má hned několik.
Přesnost v tomto případě znamená vemi přesné časování a to se zatím ukázalo jako veký problém. Otáčky musejí být velmi přesně měřeny (a nebo regulovány). Provedl jsem řadu testů s regulací otáček, ale dostal jsem se na úroveň plus mínut půl otáčky a to je absolutně nepřípůstné. Vydám se tedy druhou cestou a to je přesné měření rychlosti otáčení a výpočet frekvence “střílení” dat z laseru. Předběžně bych chtěl mít 1440 otáček za minutu. Délka pixelu se pohybuje kolem 2,9us. A mění se podle rychlostí otáček o desítky nanosekund. Bohužel se ukázalo, že nejsem schopen v žádném procesoru udělat takhle přesné časování, všechny pracují s nějakým absolutním časem za takt a vždy dochází k určitému zaokrouhlení a zkreslení.
První hack
Mám japonské kvalitní motory, drží otáčky při konstantním napětí velmi přesně, v rámci několika sekund oscilují do půl otáčky/minutu. Budu tedy měřit otáčku a výpočet rotace použiji jako hodnotu další otáčky, vypočítaná nepřesnost (teoretická) je v jednotkách mikrometrů na 30cm šírky PCB. Naprostá spokojenost.
Rychlost – hack druhý
1440 otáček znamená, že by deska měla být osvícena za 8 minut – 15 dm2. Naprostá spokojenost. Ale co to? Kolik času je na data v jedné otáčce – 21ms. Procesorem nejsem schopen těch 7078 bitů vystřílet v přesné rychlosti (desetiny Hz odchylka v rámci otáčky). Na trho jsou miliardy součástek, porozhlédl jsem se a přišel s technickým řešením. Procesor se bude starat o přípravu dat pro řádek a ty data uloží do externí SPI SRAM, zvolil jsem SPI záměrně, podporuje 20MHz a umí hodinových signálem vystřílet celou ramku od specifikované adresy.
Takže se tam data nahrají, počká se na začátek otáčky, spustí se přesná frekvence a pamět vytlačí data na laser. A protože neumím generovat přesnou frekvenci (řád stovky kHz), použiji externí generátor frekvence, který se pomocí registrů digitálně nastaví na přesnou frekvenci a výstup frekvence se zavede do SRAM. Geniální, jednoduché a úžasně výkonné. Celé to může běžet až na 10MHz, řádek by tedy nemusel mít 600dpi ale výrazně více. 600dpi? není problém.
Bezdrátový přenos?
Poslední problém. Jak data a napájení přenášet na rotující PCB? Původně jsem studoval řešení s kartáčkovým přenosem (tzv slipring), ale rychlost je omezená. Velké otáčky=velká cena. Jdu tedy cestou číslo dvě. Energie se bude přenášet indukčně, konstrukcí které rozsvítí 20W žárovku je plný internet. Data bude předávat základna přes levný 2,4GHz modul “nRF24L01”. Byl to trochu oříšek, tenhle umí 2mbit burst mode, takže se data budou stíhat předávat během otáčky. Alternativně jsem chtěl umístit SD kartu s daty přímo na rotující rameno, ale protože chci v budoucni napojení na ethernet a těsnou integraci s ostatním vybavením, tak jsem zvolil toto řešení. Bude to fungovat? No to zatím nevím, nemám žádné dokončené testy, uvidíme jestli bude rychlost dostatečná, rušení malé atd.
K praktickému otestování zbývá zjistit výkon laseru při daných otáčkách, limitem jsou cca 2W které se dají za relativně dobré peníze sehnat. Momentálně mám 100mW a 250mW v lineárním módu. Naštěstí materiál nepotřebuje velké množství energie. Kdyby s tím byl problém budu svítit jeden řádek dvakrát, sic klesne rychlost, ale moc jiných možností nemám. Ještě mohu zkusit svítit meziřádky, bude záležet na velikosti bodu. Mám otestováno (a vyleptáno), že jeden průchod laseru udělá cca 2,5mils spoj a to je v 35um materiálu velmi dobrý výsledek.