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オリジナルTシャツ作り^^ [カッティングマシン]

 折角カッティングマシンがあるのでもっと活用しようと思い、オリジナルTシャツを作ってみましたw

 アイロンプリント方式には色々な方法があるようですが、一般的には色つきのシートをカットして転写する方式とインクジェットプリンタ等でプリントしたものを転写する方式がポピュラーなようです。
 前者(左の写真)はカッティングマシンのありがたさを実感しますが、後者(右の写真)は・・・・あれ、カッティングマシン無くてもいいじゃんw(もっと複雑な形状にして輪郭カットするのに使えるけどね^^)

 左側の写真の実物はもっと深緑色でうまく色が再現できていないのですが(lightroomを起動するのもめんどいので)そのままにしています^^;;

カット方式 インクジェット転写方式

カッティングマシンでプリント基板製作(その4) [カッティングマシン]

 プリント基板の作成の容易性を比較するために現時点での一般的な方法でプリント基板を作ってみました。
 基板作成環境としてはほぼサンハヤト製品(インクジェットフィルム、感光基板、現像剤、エッチング液、フラックス)を使いました。
 インクジェットフィルムに関しては最初は手持ちのOHP用シートを使い露光が旨くいかず失敗しましたがサンハヤト製のアートワーク用インクジェットフィルムを使いうまくいきました。見た目はたいした違いはないのですが黒塗り部分がサンハヤト製では蛍光灯の輪郭が透けて見えないくらい濃くなっているので露光時間のマージンが大きくなり成功率が上がります。OHPシートもきちんと調整すれば使えると思います(プリンタ等の環境にも依存するでしょうが・・)

 また、露光時の光源は以前自作したEPROMイレーサを流用しようかとも思いましたが照射領域が狭いのでamazonで見つけた UVクラフト(ネイルデコ?w)用の 4灯式(9W x4)のUVライトを3千円弱で購入しました。自作しようかとも思いましたが部品を揃えるよりは安価なUVライトを買い、使えなかったらケースを3Dプリンタで作り直すくらいで考えていましたがそれなりに使えました^^

 パターンシートと基板を密着されるためのサンハヤト製クランプが販売されているのですが、百均で購入したA4サイズの額縁を使いましたw。その他必要な容器類等はすべて百均での調達です^^

 ノーマル手法で作成したプリント基板が下の写真です。構想中の乾電池用デジタル式定電流放電器をプリント基板にしてみました。片面のためジャンパが何本か飛んでいます・・
 左辺と下の余分な部分はまだカットしていません。

作成したプリント基板


 感想としてはCADを使うことでパターン設計がかなり楽になったので作業量としては手配線との差が小さくなったなぁと思いました。それでも1枚だけの作成であれば(回路の規模に依存する要素はありますが)手配線の方が楽です。
 また、見た目はプリント基板の方がいいですが手配線の方が作成後の変更も容易です。

 カッティングマシンを使うことで手配線よりも容易に基板作成できるようにしたいものですw
 そのためには前回の課題を解決することが必要で耐熱性があり接着力も強い接着材を探しています。表面処理をすることで接着強度を高くできないか等も今後の検討課題・・。また、フレキシブルなままで面白いものが作れないか等、色々妄想は広がります ^^


★2017/11/18 追記
 「両面プリント基板の制作実験(その7)オブラート転写方式」の記事にオブラート転写方式(独自の方法)でのプリント基板作成方法を書きました。
 また、「CNCルータでの両面基板制作(その2) Via処理と基板制作」の記事にCNCルーターを使った両面プリント基板の作成実験を記載しました。この記事には曲げ固定Via処理法によるVIA処理方法についても書いています。


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カッティングマシンでプリント基板製作(その3) [カッティングマシン]

 カッティングマシンでプリント基板作成のその3です。

 二重ラミネート方式+接着材塗布と段々手順が複雑化し当初の「簡単に作る」という目的から遠ざかってきてしまっているのでここで改めて手順の簡略化を考えます。
 そのためにはアルミ箔や転写シートの貼り付けと剥がしの回数を極力少なくする必要があります。
 そこで次のような手順を試みます。
  1. ベーク板にアルミ箔(厚さ35μ)を貼り付ける
  2. 貼り付けたアルミ箔をベーク板ごとカッティングマシンにセッティングし、アルミ箔をカットする
  3. 余分なアルミ箔の部分を剥がす

 最初にベーク板をカッティングシートにつけた状態でカッティングできるようにブレードの刃をベーク板の厚さ(1mm)分、高くするスペーサー(ブレードスペーサー)を3Dプリンタで作成しました。

ブレードスペーサー ブレードスペーサー取付け


 次にきちんと基板内の範囲をカッティングする必要がある(ブレードが基板外に外れた場合、ブレードに強い力が加わるので最悪カッティングマシンが壊れる)こと及び両面基板も想定し、カッティング位置の精度を高める必要があります。
 ブレードの移動精度は高いはずなのでカッティングシートのロード時の位置合わせ精度を上げればいいはずです。
 普通にカッティングシートをロードするとカッティングシートの目盛りとシルエットスタジオ(カメオ付属のソフト)の目盛りが縦方向で 0.8mm 程度ずれるのでアジャスタを作成し、カッティングシートの左上に取り付けることにしました。

アジャスタ(CAD) アジャスタ取付け


 カッティングシートロード時の横方向の位置合わせについては本体の左側に位置あわせ用のマークがありますが精度を上げるためカッティングシート固定用アタッチメントを作成しました。
 これらの位置合わせを行うことでシルエットスタジオ上で升目の交差部分に書いた十字カットがカッティングシートの升目に合うようになりました(右上の写真のコピー用紙のカット部分)^^

固定用アタッチメント ローディング


  「スコッチ スプレーのり77」でベーク板にアルミ箔を貼り付け、ベーク板ごとカッティングマシンにセットし、カットした結果が下の写真です。アルミ箔の余分な部分を剥がした部分にも77が残り、見た目が汚いです^^;

パターン作成結果


 それよりも大きな問題として77は耐熱軟化点が 61℃ と低いためハンダ付けの際にパターンがずれてしまいます^^;
 耐熱・耐湿性が特徴のスプレーのり111(耐熱軟化点150℃)でも試しましたが駄目でした^^;
 2液混合タイプエポキシ系接着剤や瞬間接着材でも試してみましたが満足の良く強度にはなりませんでしたorz
 アルミ箔の残ったパターンがハンダ付けでも十分な強度を持ち、かつハンダ付け後の強度も保てそうな接着方法がないと細かいパターンを作成するのは難しそうです・・orz
(接着時にアルミ箔表面を紙やすりで磨くなり、強い圧力をかけるなりすれば強度が上がる?)


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カッティングマシンでプリント基板製作(その2) [カッティングマシン]

 カッティングマシンでプリント基板作成の続編です。

 銅箔の粘着力が弱いという課題については元々銅箔に付いている粘着成分が時間が経っても硬化せず、ネバネバの状態であることが原因なので硬化するタイプの接着材に変えれば解決できそうです。
 アセトンやアルコールで実験しましたが粘着材を取り除くのは手間がかかるので粘着材の付いていない銅箔を探しました。
 厚さが 100μ以上や数μのものは通販で見つけましたが 30 ~ 60μ程度のものが見つかりませんでした^^;;
 (東急ハンズで販売しているという情報を見つけましたがハンズの通販サイトでも見つかりませんでした)
 100μの銅箔で実験してみたところ、カッティングマシンで綺麗に切断することはできませんでした orz (前回使用した「磁気ガード」の厚さを 80μと思い 100μの銅板を調達しましたが、「磁気ガード」の厚さは 30μでした orz)

 そこでアルミ箔を使うことにしました。アルミ箔を使う利点としては
  1. アルミホイルとして一般家庭でも使用されており大量生産品なので値段がかなり安い^^
  2. 厚さも(銅箔よりは)色々なものが販売されていて入手性がいい
  3. 銅よりも柔らかいので加工がし易い(カッティングマシンの刃も長持ちする)
  4. 裏面がつや消し仕上げになっていて基板への接着強度を強くできる(はず)
等が考えられます。
 アルミは導電率も銀、銅、金の次に高い金属です(銅の63%程度)。アルミ箔を使う場合の大きな問題はハンダ付けが困難ということです。しかし、リポ電池のアルミ端子のハンダ付けなどに使うアルミ用ヤニ入りハンダというものがあり、試してみたところ普通にハンダ付けできました^^

 厚さ 60μの「厚口アルミホイル」で実験してみたところ、綺麗に切断できませんでした(後で判りましたがカッティングマシンの刃先が結構磨り減っていたのが要因の一つ)^^;;
 そこで少々薄めですが「厚手ホイル」(厚さ 17μ、一般的なアルミホイルは 11μ)で試してみることにしました。(現在厚さ 35μのアルミ箔を調達中)
 この時点でカッティングマシンの刃先が消耗していることに気が付いたので新品に交換しています。

 下の写真は色々な設定条件でカッティング試験したサンプルとカット成功例です(成功例で表面実装側の1番ピンのパターンが切れかけていますが、次の工程に進めたサンプルの写真を撮っていませんでした^^;)
 カッティングマシンの設定の組合わせとカット状態のデータを取りましたがカット状態は刃先の状態に大きく依存するのでこのデータは汎用的には使えないかもしれません^^;)

色々な条件でカット 成功例


 接着材としては硬化しベタベタがなくなる 「スコッチ スプレーのり77」を使いました(エポキシ系の2液混合タイプのものも実験する予定)
 前回記載した2重ラミネート方式なら一番上の転写シートをそのまま接着材塗布用のマスクに使えるので好都合です^^
 接着材塗布後が左下の写真で、基板に貼り付けたものが右下の写真です(結構きれいにできました^^)

接着材塗布後 基板に貼付け


 おまけでソルダーレジスト処理をしてみました。転写シートでマスクを作った(転写シートを転写したw)ためマスクと基板の密着度が低くレジスト材が染み込んでしまいました(厚くスプレーしすぎたせいもある)^^;;
 マスク作成はそれ程難しくないだろうと考えていましたが、ステンシルとは論理が逆(ハンダ付けするところをマスクする)のためマスク自体が小片になり簡単にはできないことがわかりましたw

ソルダーレジスト(失敗例)



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カッティングマシンでプリント基板製作 [カッティングマシン]

 先日、カッティングマシンを購入しました。
 機種はグラフテック社製 silhouette-CAMEO(シルエットカメオ)です。

 結構な精度でカッティングできるので制作意欲が沸いてきます^^
 電子工作関連では表面実装部品のリフローでのクリーム半田塗布時に使うステンシル(塗布マスク)をカッティングマシンで製作している人が多いようです。

 プリント基板作成工程はいろいろ手間がかかるので銅箔をカッティングマシンでカットすることで手軽にプリント基板を作れないか検討しています。
 インターネット上で同様な試みの情報を見つけましたがICのピン間にパターンを通すような製作例は見つかりませんでした・・

 今まで手配線で基板作成していたので最初にパターン設計できる環境が必要です。P板.comのWEBサイトにある 回路設計CAD などを参考にしてフリーで使用制限のない(かつ割合新しく操作性の良さそうな) DesignSpark PCB を使うことにしました。

 銅箔は電磁波シールド用に貼り付けられるサンハヤト製の「磁気ガード」を使います。サイズは160mm×210mmで厚さが 0.08mm(訂正2015/01/25 0.03mm マルツオンラインには 「t0.08mm」と誤記載されている^^;;;)なのでマイコン用のプリント基板としては十分な厚さです。

 いざ試してみるといろいろ課題があることが判ってきました^^;;;
 最初の大きな課題はカット時に小さなパターン部分の銅箔が剥がれてしまうことです。こうなると基板への正確な貼り付けが出来なくなるし、場合によってカッティングマシンの刃に絡まり以降のパターンがうまく切れなくなってしまいます^^;;;;;
 カッティングマシン(カメオ)のラチェットブレード(刃の出具合)、カット速度、厚みの各設定値をいろいろな組合わせで試してみましたが満足のいく結果は得られませんでした^^;

使用した銅箔 失敗例


 問題の根本原因は銅箔と接着面についている紙シートの結合が弱いことでこの原因を解消できれば解決できるはずです。そこで考え付いたのが次の「二重ラミネート方式」と命名した方法です^^
 次のような手順でパターンカットし基板に貼り付けます。
  1. 銅箔シートの銅箔面に転写シートを張る。
  2. 銅箔シートについている紙シートを剥がし、粘着面にも転写シートを張る。
  3. 銅箔の粘着面側を上にしてカッティング台紙に取付ける。こうすることで問題原因であった結合力の弱さは銅箔の粘着面と転写シートの粘着面の結合により強化されます。
  4. カッティングを行う。注意点としては銅箔までカットし、最下層の転写シートはカットされないようにすることです。(カメオの設定はラチ:10、速度:1(最低速度)、厚み:10で良好な結果が得られました)
  5. カット後、台紙から全体を剥がし、銅箔粘着面の転写シートを剥がす。
  6. 基板に銅箔全体を貼り付ける。
  7. 転写シートを剥がす。
  8. 銅箔の不要な部分を剥がす。

何かを貼り付けた後はしごいて密着させるようにしてください(私は百均で買ったしごき用の冶具を使っています)。銅箔粘着面を上にしてカットするため基板に張ったパターンは反転するので注意してください。
 また、カメオに付属している専用ソフト(Silhouette Studio)の輪郭抽出機能では2値化したbmpファイルでもきれいに輪郭抽出できなかったので輪郭抽出は他のソフト(CNCでの基板作成関連情報が参考になります)を使用した方が微細なパターン部分は綺麗にできます。
 下の写真はSOP8(1.27mm)DIP変換パターンの作成例です。

カット成功 基板に貼り付け



今後の課題としてはスルホール処理があります。
  1. 銅箔の粘着力はそれ程強くないのでドリルで穴を開ける際にパターンが壊れる。(パターンの定着が弱い)。 解決案としては事前に穴を開けておくか、UEW(ウレタン線)のようにウレタンを塗布してパターンを定着&パターン間を絶縁する。
  2. 穴あけ後のスルホール自体の処理をどうるすか?
     案1として1mmφ以下のハトメを使用する(CNC基板作成などで使用されている方法)。インターネット通販を探しましたが1000個単位(@5円程度)での販売しか見当たりませんでした^^;
     秋葉原の「西川電子部品」で100個を袋売りしているとの情報(2009年情報)を見つけ先日行ってみましたがφ2mmのものが最小でした。orz
    →秋葉原の「千石通商」に立ち寄ったところ10個入りで75円で売っていたので購入しました^^
     案2としてφ1mmの銅管を使ってハトメのように工作する。インターネットで探したところモノタロウで見つけたφ1mm、厚さ0.2mmのものが売り切れ状態だった(今見たら当日出荷状態orz)ので同サイズの真鍮管を購入しました。しかし予想以上に硬く、加工作業が大変なことがわかりました^^;銅ならもっとやわらかい?


 課題ではないですが、カッティングマシンを使えばマスクパターンの作成は容易なのでソルダーレジストやスプレー塗装でのシルク印刷相当(またはペンをつけての基板への直接書込み)等も楽しめそうです^^


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