鬼斧神工DIY之作：3D打印機(jī)造柔性電路板

相信大家對(duì)3D打印機(jī)并不陌生，但是利用它來(lái)制造柔性電路板（FPC）可能就鮮為人知了。事實(shí)上不管多薄的銅箔，甚至只是一塊導(dǎo)電布材料，F(xiàn)PC都可以用3D打印機(jī)來(lái)進(jìn)行蝕刻。任何厚度的FPC常用材料例如FR4也可以用此方法蝕刻。

第一步：設(shè)計(jì)方法

PLA，尼龍，ABS和大多數(shù)的耗材都很難有效的用2D打印機(jī)粘在銅箔上，因此也難以蝕刻成想要的電路。但是， Ninjaflex材料可以這個(gè)難題，它幾乎可以粘上任何材料，包括亞克力、藍(lán)色印刷膠帶和玻璃。

電路板的線路可以通過(guò)像123D Design這樣的免費(fèi)軟件來(lái)繪制，它可在銅箔板或者是導(dǎo)電布上繪制線路。從第一幅圖不難看出，能利用常用氯化鐵蝕刻方法。

上述圖片展示的是電路試驗(yàn)板和穿孔板，孔中心距為0.1英寸。這與其它的0.1英寸標(biāo)準(zhǔn)的管腳中心距元件相匹配。第二幅圖是完成的電路板，一個(gè)Picaxe微控制器。

如果要設(shè)計(jì)一個(gè)輕且薄的電路板，這樣設(shè)計(jì)完全沒(méi)問(wèn)題。不過(guò)，如果對(duì)繞著性要求高的話，這些器件距離需要設(shè)計(jì)得更遠(yuǎn)。

第二步：準(zhǔn)備材料

現(xiàn)在需要準(zhǔn)備3D打印耗材，我用的是Makerbot Replicator 2，不過(guò)其他品牌的打印機(jī)通過(guò)同樣的擠出機(jī)也可以。

白色的Ninjaflex材料，之前有試過(guò)黑色和無(wú)色透明的Ninjaflex，但是附著性沒(méi)有白色的好，也許可以試試其它的顏色。

剪刀；

純銅滌塔夫面料（0.02英寸）；

超薄銅箔電路板（小于0.01英寸）；

潔凈的襯里材料；

樂(lè)泰膠；

123D Design或者其它可生成并且運(yùn)行STL文件的3D軟件；

氯化鐵，可以嘗試用其它的蝕刻液；

鋼絲球；

丙酮；

布基膠帶。

第三步：設(shè)計(jì)電路圖

繪制線路

123D Design可設(shè)計(jì)線路以及圖形，繪制完圖形后將噴出0.011英寸厚度的薄膜。0.06英寸的線路寬度和0.04英寸的線距是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，可匹配元件的管腳間距。

隔離條的使用

在繪制圖案邊上還需添加一個(gè)隔離條，當(dāng)打印圖案時(shí)隔離條可根據(jù)不同的電路板材料的厚度進(jìn)行調(diào)整。0.7英寸以下都可制作。如果需要更厚的板材，則需要壓住底部的隔離條，以便做出合適的厚度。

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第四步：調(diào)整3D打印機(jī)

如果使用ninjaflex材料進(jìn)行打印，需要對(duì)3D打印機(jī)進(jìn)行調(diào)整。

檢查擠壓機(jī)

用Ninjaflex打印之前調(diào)整好擠壓機(jī)，才能正常完成工作。在Makerbots 的舊版打印機(jī)Replicator 2安裝一個(gè)擴(kuò)充成套工具，另外需要為此下載一個(gè)Thingiverse驅(qū)動(dòng)快。

如果你用的是其他的打印機(jī)型號(hào)，則需要確定Thingiverse的驅(qū)動(dòng)快是否匹配你的打印機(jī)。因?yàn)樵谳S承與齒輪之間存在很小的間隙，這會(huì)導(dǎo)致很多問(wèn)題產(chǎn)生。

使機(jī)床保持平衡

銅箔上的鍍層誤差只允許在很小的范圍內(nèi)，如果噴劑沒(méi)有很好的粘上，后續(xù)的蝕刻也會(huì)不徹底。所以機(jī)床必須保持非常平整并水平?？捎脴?biāo)準(zhǔn)刻度對(duì)機(jī)床進(jìn)行調(diào)整，將其印在機(jī)床的中間，然后在每次打印結(jié)束后都保證0.02英寸的誤差范圍內(nèi)，這一步非常關(guān)鍵。

做一次打印試驗(yàn)

直接在機(jī)床上進(jìn)行打印，在圖形的邊緣上做標(biāo)記，然后剝開(kāi)這個(gè)圖形。用這個(gè)就可以裁剪成一個(gè)FPC。

Replicator 2打印機(jī)的設(shè)置

如果用的是Replicator 2就要做一下設(shè)置：

Infill： 100 per cent

Shells： 2

Layer Height： .2mm

Temp： 225 C

Speed Extruding： 15 mm/s

Speed Traveling： 150 mm/s

填充：100%

層高：2mm

溫度：225℃

擠壓速度：15mm/s

移動(dòng)速度：150mm/s

第五步：固定電路板

待打印的電路板材料在機(jī)床上必須是平整水平的，唯一的辦法就是用噴劑膠粘住。在固定之前，先擦掉這塊板子的氧化層。

第六步：打印電路板線路

在打印完線路后，檢查油墨是否有效的粘在電路板上，如果間距太小則需要調(diào)整123D Design的STL文件，并且加厚隔離條。

第七步：蝕刻電路板

把板子從打印機(jī)上取出后，需要注意不能在Ninjaflex上進(jìn)行任何的擠壓動(dòng)作，然后清理機(jī)床。

用丙酮清洗電路板底部的殘留膠，這樣有助于底層的銅箔能蝕刻徹底。接著就是將電路板放在標(biāo)準(zhǔn)的氯化鐵蝕刻液中。

第八步：蝕刻導(dǎo)電布

蝕刻導(dǎo)電布可以制作繞折性更好的電路板，這個(gè)對(duì)需要反復(fù)性彎折的電路非常有用。接下來(lái)的蝕刻過(guò)程和上述的方法一樣，不過(guò)還要注意加一點(diǎn)：在此電路板材底面需有加強(qiáng)板。如果導(dǎo)電布和加強(qiáng)板的厚度大于0.007英寸，則需要調(diào)整隔離條。導(dǎo)電布的蝕刻速度只需要5分鐘左右。

第九步：結(jié)束語(yǔ)

上述的電路板樣品線路中心間距是0.1英寸，目前做過(guò)最細(xì)的是0.03英寸線寬和0.05英寸的線距。這個(gè)間距適合可制作SOIC電路。

Ninjaflex材料幾乎可以打印所有物體，它的優(yōu)點(diǎn)是附著性佳、柔韌性好。