Как создать SMT трафарет на 3D принтере⁠⁠

Я довольно частенько проектирую электросхемы и заказываю производство печатных плат на известных сайтах. Паять SMD детали особых проблем не составляет, но всё же использовать для этих целей паяльную пасту несколько проще. Однако, с ней возникают сложности в нанесении, - кто сталкивался, тот поймет. И специально для удобного нанесения существуют SMT трафареты:

Приложил на плату, размазал паяльную пасту и готово. Легко и быстро. Конечно, там где заказываешь производство печатных плат, можно заказать и трафарет, но это хорошо если нужно произвести сборку большого количества плат. А если нужно всего несколько штук? Или например находишься на этапе отладки схемы, или просто деталек много и руками паять очень не хочется? Я подумал, что можно воспользоваться 3D печатью и у меня как-раз есть принтер. Надо попробовать!

Первым делом, надо погуглить, как вообще преобразовать PCB разводку в понятный для 3D редактора формат? В качестве 3D редактора я привык использовать Fusion 360. И на Ютубе есть небольшой ролик как это сделать: Экспортировать из EasyEDA нужный слой в PNG формат, вставить картинку во Fusion 360, откалибровать размер, и сидеть ручками в скетче обводить растровые пиксели нужных "дырок". Серьёзно? Да ну нафиг, должен быть способ проще и точнее.

Так, из более менее понятных форматов, в скетч Fusion 360 можно импортировать: Растр (Canvas), то есть картинку - Это нам не подходит, обводить ручками вообще ноги не чешутся; SVG - вот это уже интереснее, попробуем. Экспортируем из EasyEDA нужный слой и границы платы в SVG:

Импортируем его в скетч во Fusion 360, и наблюдаем "ничего". Не прокатило. Ладно, что еще можно: DXF - пробуем его. Экспортируем из EasyEDA в DXF, импортируем в скетч и видим:

Что-то какая-то фигня, но уже ближе. Значит надо ползти в сторону DXF.

И тут, совершенно случайно, я попробовал поиграться с FreeCAD. Попробуем импортировать что-нибудь в него. Попробуем импортировать DXF. Для этого создаем параметрическую деталь, и сразу файл - импортировать, находим ранее полученный DXF. Получаем такую же фигню как и выше на картинке. Наверное EasyEDA как-то не правильно экспортирует в DXF. Ладно, а если SVG? Выбираем, файл SVG, указываем что "SVG as geometry (ImportSVG)" и....

Да! то что нужно. Удаляем фон, нам он не нужен, и всё лишнее, если есть. Далее можно уже все сделать во FreeCAD, но я хочу во Fusion 360 засунуть. Значит выбираем все объекты (Ctrl + A), и жмём Файл - Экспортировать, выбираем "Audodesk DXF 2D (*.dxf)"

Возвращаемся во Fusion 360, и импортируем в скетч сохраненный DXF. И о чудо! В этот раз всё получилось как надо.

Если посмотреть на границы платы, то можно увидеть, что некоторые точки соединений белые, - это не замкнутый контур. Вот тут надо немного поработать руками. Удалить прямые линии с этим точками, и провести их снова. И вуаля, контур замкнулся:

Далее надо используя инструмент "Offset" немного адаптировать размеры контактных площадок для печати. Их надо немного увеличить. 0.2 мм будет достаточно. Это нужно, чтобы компенсировать погрешность печати принтера, а также влияние такого недуга как "слоновья нога". В целом, если "пятаки" 2х2 мм, то этого делать не обязательно, но вот если они меньше, то надо увеличить, иначе после печати они либо "заплывут" филаментом, либо будут настолько мелкими, что паста просто не будет толком через них продавливаться и просто их забьет. Так же надо обратить внимание на пятаки "многоножек" типа SOT-23-6 и т.п., принтер не сможет пропечатать такое расстояние между ног, слишком мелко. Тут рекомендую просто слить их в "единую" ногу - паста при расплавлении сама разбежится по пятакам.

После работы с пятаками, лишние линии удаляем. И приступаем к границам платы. Выделяем все линии границы (точки соединения не выделяем, только линии), и делаем Offset на + 1.2 мм и на + 0.2 мм. Из которых 0.2 мм - это будет зазор между платой бортом трафарета и 1 мм - это толщина бортика. После чего удаляем линии изначальных границ, - они больше не понадобятся. И финишируем скетч.

Далее инструментом выдавливание, выдавливаем трафарет на 0.3 мм (меньше не выходит, т.к. принтер первый слой нормально от 0.2 мм ложит, + 0.1 мм на второй слой, чтоб по прочнее было). И выдавливаем бортик на 1-1.5 мм, в зависимости от толщины платы.

Дальше экспортируем в STL, идём в слайсер, нарезаем и печатаем.

Для печати я использую PETG, скорость занижаю до 40 мм. Нас спешить тут не надо. Печатаю на PEI пластине, рельефность не мешает.

И спустя 10 минут получаем результат. Сразу посмотрим на просвет, - все ли площадки пропечатались.

Да, всё отлично. Осталось примерить на печатную плату.

Смотрим что получилось. Трафарет надевается с небольшим малюсеньким натягом, то что нужно и никуда не убежит.

Отлично, все на местах! Можно мазать паяльной пастой, раскладывать компоненты и в печь до хрустящей корочки!

Да, конечно использовать для этих целей фотополимерник было бы лучше, но имеем, что имеем.

А на этом у меня всё. Спасибо за внимание! Надеюсь кому-нибудь пригодится.