3Dプリンタのモデル設計の温度感

ここでいう 3D プリンタは普及している FDM (Fused Deposition Modeling・熱溶解積層法) の話です。FDM は基本的に X/Y 精度が悪く、Z精度はそれに比べると高いという特徴があります。

具体的には X/Y については±0.5mmぐらいで、Zは±0.1mmで考えます。特に X/Y の精度の悪さは設計難易度にかかってきます。同一条件で出力したパーツを組合せる分にはともかく、他の規格品、例えばナットや、あるいは三脚ネジのようなものを出したいときは、だいたいの場合は何度かプリントして現物あわせをする必要があるのです。

±0.5mm これはキャリブレーションしてフィラメント量を調節していてもなお生じる誤差と考えたほうが良くて、キャリブレーションしていなければもっと精度が出ません。

概要

• KiCAD からの出力
• pcb2gcode の設定
• machinekit (LinuxCNC) での操作

KiCAD でのデザインルール

0.25mm 幅で削るので、これが限界。0.05mm でもトレランスをとれれば安定しやすい。

• 最小配線幅は 0.25mm が限界。できれば 0.3mm のほうが安定。
• クリアランスも 0.25mm が限界。できれば 0.3mm ぐらいにしたい。

KiCAD からのエクスポート

- 切削する銅箔層 (F.Cu or B.Cu) と Edge.Cut をガーバーに出力する
- ドリルファイルを出力する

pcb2gcode

以下のような前提で gcode 化する

• 30° 先端0.1mm のVカッターを掘る用に使う
• φ0.8mm のエンドミルを全ての穴開けに使う
• φ1.5mm のエンドミルかφ1mmで2枚刃を外形カットに使う
• 基板の厚さは 0.8mm か 1.6mm を使う。基板の歪みを矯正できるぶん、0.8mm のほうが細かいパターンは削りやすく感じる。

先端0.1mmのエンドミルといっても、実際買ってみると綺麗に 0.1mm になっていることはすくない。というかすぐ先端が折れる。計算するときは 0.15〜0.20mm として扱う。

切削速度を落とせばφ0.8mmで穴開け〜外形カットまで可能で、ツール取り替えの手間が減らせるはずだけど、0.8mm のミルは高価であんまり折りたくないので、別途φ1.5mmのミルを使っている。これは今後 0.8mm にするかも。あんまり太いミルで外形カットすると切削抵抗が大きくなり、両面テープが剥れてずれる可能性もあるので注意。

# Use standard mm
metric=true
metricoutput=1

front=tachometer-B_Cu.gbr
#back=
outline=tachometer-Edge_Cuts.gbr
drill=tachometer.drl

front-output=front.gcode
back-output=back.gcode
outline-output=outline.gcode
drill-output=drill.gcode
milldrill-output=milldrill.gcode

# https://github.com/chrysn-pull-requests/pcb2gcode/blob/graphical-documentation/man/options.svg
zwork=-0.1
zsafe=1
mill-feed=220
mill-speed=10000
mill-vertfeed=150
mill-diameters=0.22
milling-overlap=25%
isolation-width=0.5

zdrill=-1.7
zmilldrill=-1.7
zchange=20
drill-feed=100
drill-speed=10000
min-milldrill-hole-diameter=0
milldrill-diameter=0.8

# 外形カット時のミル直径
cutter-diameter=1
# PCB板厚+0.1mm
zcut=-1.7
cut-feed=500
cut-speed=10000
cut-infeed=1
cut-side=front
# mirror-axis=51.575mm

optimise=true
zero-start=true

pcb2gcode して生成 gcode をデスクトップとリモートの Machinekit に転送する。デスクトップにコピーしているのは CAMotics で読みこませて確認するときに便利なので。

• mirror-axis を基板サイズの半分に設定すること
  • これやらないと back 面がマイナスからはじまってしまう
  • 一度実行して表示される width を元に書きかえる必要がある

~/ghq/github.com/pcb2gcode/pcb2gcode/pcb2gcode && cp *.gcode ~/Desktop/ && scp *.gcode machinekit@192.168.0.240:gcode

確認

• CAMotics を起動して、すべてのファイルを読みこむ。
• Workpiece を以下のように設定して再描画
  • X: xxx/0
  • Y: xxx/0
  • Z: 1.6/-1.6

段取り

• 事前に捨て板の面出しをする (φ6mm ぐらいのミルで加工面全てを 0.2mm ほどさらう)
  • AutoLeveller 使うなら毎回やる必要はない。
• ニチバン ナイスタック 透明タイプ (材質がセロハンのもの) を使って切削基板を捨て板に固定する
• このときしっかり全面を押さえつけて捨て板に接着する (加工時の圧力で高さが変わらないように)

AutoLeveller

• AutoLeveller に切削対象 gcode を読みこませる
• Probe Clearance は 0.5〜1、Z Safe Height は 1、Z feed は 50 にする
• create probe file only にチェックを入れて、Create Levelled Gcode ボタンを押すと、ALProbeback.ngc ができる
• ALProbeback.ngc を machinekit に読みこませる
• 一旦 Probe を行い、Z を Touch Off する (原点を設定する)
• 実行して基板全体を Probe する。
• .ini と同じディレクトリに RawProbeLog.txt ができているので、ローカルに転送する
  • gcode 用のディレクトリに RawProbeLog.txt への symlink を貼っておくと便利
• RawProbeLog.txt を AutoLeveller に読みこませる
• create probe file only にチェックをはずして Create Levelled Gcode を押す
• ALback.ngc ができるので転送する

drill や外形カットなどは面倒なので AutoLeveller はかけず、0.1mm 余計に掘る。

https://lowreal.net/2016/10/19/1

AutoLeveller の起動

java -cp ~/ghq/bitbucket.org/daedelus1982/autoleveller/out/artifacts/autoleveller_jar/autoleveller.jar  com.cncsoftwaretools.autoleveller.Autoleveller

生成 gcode の転送

scp ~/Desktop/*.ngc machinekit@192.168.0.240:gcode 

プローブログを手元に転送

scp machinekit@192.168.0.240:gcode/RawProbeLog.txt ~/Desktop/

切削手順

基板パターン

• ALback.ngc を machinekit に読みこませる
• 実行すると Probe をつけろと言われるので、つけて Resume
• Probe後、Probe をはずせと言われるので、はずして Resume
• 切削がはじまる

ドリル

• エンドミルをφ0.8mmに交換
• Probe を行い、Z Touch Off
• Feed Override を 10% ぐらいに下げる (折れ対策。pcb2gcode が mill 時と milldrill 時でフィードレートが変えられないので)
• drill.gcode を読みこんで実行

外形

• エンドミルをφ1.5mmに交換
• Probe を行い、Z Touch Off
• outline.gcode を読みこんで実行

備考