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En los últimos años, la demanda de ingeniería digital, creación rápida de prototipos, producción de bajo volumen y el movimiento de la electrónica de bricolaje ha dado lugar a importantes innovaciones en las máquinas de fabricación de PCB de escritorio. Estas máquinas permiten a los aficionados, investigadores y pequeños fabricantes diseñar, iterar y fabricar placas de circuito internamente, reduciendo drásticamente el tiempo desde el concepto hasta el prototipo funcional. Si bien la principal ventaja de las máquinas de fabricación de escritorio es la velocidad de rendimiento de la placa, existen muchas otras consideraciones al seleccionar una máquina de este tipo. El costo es un factor importante en esta elección, y las máquinas disponibles para la fabricación de PCB de escritorio pueden costar entre miles y decenas de miles de dólares. Obviamente, las diferencias de costos están determinadas por las características disponibles y las tecnologías subyacentes de las diferentes clases de máquinas. En este artículo, veremos algunas de las diferencias entre la fabricación de placas base para computadoras de escritorio y las técnicas de fabricación tradicionales. También exploraremos las diferentes categorías de máquinas y herramientas digitales disponibles en el mercado para la fabricación de PCB de escritorio.
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Fabricación de computadoras de escritorio versus fabricación en fábrica
La fabricación local de PCB mediante máquinas de escritorio ofrece numerosas ventajas. Por supuesto, también hay desventajas. Es probable que sea necesario cambiar significativamente los diseños de su placa si se crearon originalmente para la infraestructura de fabricación de PCB tradicional. Primero, veamos algunas ventajas de utilizar máquinas de escritorio para la fabricación de PCB.
- Rentable para la creación de prototipos: En lugar de subcontratar la producción a grandes fabricantes, las empresas y los particulares pueden producir pequeños lotes de placas de circuito a una fracción del coste.
- creación rápida de prototipos: Los ciclos de iteración se vuelven mucho más rápidos. Los diseños se pueden probar y cambiar internamente sin tener que esperar a fabricantes externos. Con un plazo de entrega reducido, no tiene que esperar el envío ni lidiar con posibles retrasos por parte de un fabricante externo.
- Conveniencia: Una máquina en el sitio permite ajustes instantáneos y reduce los desafíos logísticos al comunicarse con fabricantes externos.
- Oportunidad de aprendizaje: Para instituciones educativas y aficionados, estas máquinas brindan experiencia práctica en la fabricación de PCB y promueven una comprensión más profunda del proceso.
- Control sobre la propiedad intelectual: Mantener el proceso de creación de prototipos internamente ayuda a proteger la propiedad intelectual y los diseños confidenciales de posibles filtraciones.
- Ajustamiento: La producción a pequeña escala permite una mayor personalización sin las restricciones que suelen imponer los fabricantes más grandes.
Por supuesto, cada decisión técnica tiene consecuencias tanto positivas como negativas. Se deben tener en cuenta numerosas diferencias y posibles desventajas al decidir utilizar máquinas de escritorio para la fabricación de PCB. Éstas incluyen:
- Escalabilidad limitada: Las máquinas de escritorio no están diseñadas para producción en masa. La producción en masa todavía requiere máquinas industriales más grandes o subcontratación.
- Desviación de calidad: Es posible que la calidad de los PCB producidos en máquinas de escritorio no siempre se corresponda con la calidad producida con equipos especializados de grado industrial.
- Limitaciones materiales: Las máquinas de escritorio pueden tener limitaciones en cuanto al tipo de materiales con los que pueden trabajar o pueden no estar optimizadas para todos los tipos de materiales de PCB. Los tableros FR-1 y FR-4 revestidos de cobre de una y dos caras son los más comunes en las máquinas de nivel básico.
- mantenimiento: Como todas las máquinas, las máquinas de PCB de escritorio requieren un mantenimiento regular, lo que puede llevar mucho tiempo y requiere conocimientos especializados.
- Requisitos de espacio: Aunque estas máquinas están diseñadas para uso de escritorio, aún ocupan espacio y pueden requerir ciertas condiciones ambientales para funcionar de manera óptima.
- Inversión inicial: Aunque es rentable a largo plazo, la compra de la máquina implica importantes costos iniciales.
- Requisito de habilidad: El funcionamiento, el mantenimiento y la resolución de problemas adecuados de la máquina requieren formación y experiencia.
- Funciones limitadas: Según el modelo, es posible que algunos dispositivos de escritorio no admitan funciones avanzadas, como la fabricación de PCB multicapa, componentes de paso fino o acabados superficiales avanzados.
Herramientas de ingeniería digital disponibles para la fabricación de PCB de escritorio
Varios tipos de herramientas de ingeniería son adecuados para producir placas de circuitos de escritorio. Para elegir una máquina que se adapte a sus necesidades y capacidades financieras, es necesario comprender sus matices. Echemos un vistazo a algunas de las herramientas de ingeniería digital más comunes utilizadas para la fabricación de PCB de escritorio.
Fresadoras
Las fresadoras utilizan brocas de corte giratorias para eliminar material de una placa de circuito en blanco y crear trazas de circuito. Las fresadoras de PCB más populares para uso de escritorio incluyen la fresadora CNC de escritorio Bantam Tools (anteriormente OtherMill) y la Makera Carvera. Se trata de máquinas rápidas y fiables ideales para producir placas de circuito. Estos dos fabricantes producen máquinas fáciles de usar que pueden fresar placas de circuito hasta obtener trazas muy finas, lo que las hace adecuadas para componentes SMD. Normalmente, los paneles FR-1 y FR-4 revestidos de cobre se utilizan para trabajos de fresado. En el lado negativo, el fresado utiliza más material debido a la naturaleza sustractiva del proceso. El chirrido también puede ser ruidoso y generar residuos.
impresora de circuito impreso
En contraste con la naturaleza sustractiva de las fresadoras, las impresoras de placas de circuito adoptan un enfoque aditivo, aplicando tinta conductora a un sustrato para crear patrones de circuitos. Entre las máquinas populares en el mercado se encuentra la Voltera V-One, que no solo imprime placas de circuito sino que también puede dispensar pasta de soldadura y componentes de reflujo, lo que la convierte en una solución de escritorio integral para la producción de placas de circuito. BotFactory Squink es otra impresora de PCB innovadora que, además de imprimir circuitos, también puede colocar componentes y curar la tinta, lo que permite la producción completa de placas en el escritorio. La principal ventaja de las impresoras de PCB es que son bastante limpias y producen muy poco desorden. Las máquinas especiales mencionadas aquí ofrecen funciones adicionales que las convierten en una solución casi completa para la producción de PCB en pequeñas cantidades. Una de las desventajas de las impresoras de PCB es el hecho de que las tintas conductoras pueden no ser tan resistentes como el cobre grabado tradicional. Además, las pistas y las almohadillas pueden limitarse a tamaños más grandes debido a la resolución del cabezal de impresión, lo que puede hacer que las impresoras no sean adecuadas para componentes de paso muy fino.
Grabadores y cortadores láser
Otra clase de máquinas CNC incluye grabadoras y cortadoras láser. Aunque es posible que las cortadoras láser no estén diseñadas específicamente para la fabricación de placas de circuito, se pueden usar para eliminar el cobre no deseado de una placa de circuito o para cortar el material de la placa de circuito. Los avances recientes en la tecnología láser están reduciendo los costos y, combinados con su alto nivel de detalle, los láseres se están volviendo cada vez más populares en la producción de placas de circuitos. Las cortadoras láser se encuentran cada vez más en los talleres y pueden producir detalles muy finos que son perfectos para producir placas de circuitos. Empresas como LPKF Laser & Electronics y Glowforge ofrecen una gama de máquinas de creación de prototipos de PCB basadas en láser adecuadas para diversas aplicaciones, desde PCB simples hasta circuitos de RF. La principal ventaja de la tecnología láser es la alta precisión con bordes limpios. Esto es fantástico para trazas y componentes muy finos. Además, los láseres son adecuados tanto para tareas de grabado como de corte. Los aspectos positivos de las cortadoras láser se ven contrarrestados por los obvios problemas de seguridad que surgen al utilizar un láser. Se requieren filtros HEPA para extraer de forma rápida y segura los humos del volumen de corte. Las cortadoras láser son susceptibles al humo producido por el proceso de grabado y pueden tener un impacto negativo en la calidad. Finalmente, las cortadoras láser, especialmente las de alto rendimiento, pueden ser más caras en comparación con otros métodos.
Sistemas completos de producción de PCB de escritorio.
La fabricación de PCB es sólo una parte de la batalla. Para realizar un sistema que funcione, los componentes electrónicos deben estar conectados a la placa de circuito, lo que da como resultado una placa de circuito impreso poblada (PCBA). Además del hardware de fabricación de PCB, los hornos de reflujo y las máquinas de ensamblaje son otros equipos necesarios para la transición de PCB a PCBA. Algunas empresas como Neoden ofrecen máquinas con una solución PCBA integral que integra múltiples fases del proceso de producción de PCB. Nedoen ofrece una familia de productos de escritorio para la fabricación profesional de PCBA de bajo volumen. Las impresoras de plantillas Neoden FP2636 proporcionan un mecanismo confiable y repetible para aplicar soldadura a placas de circuito. El Neoden YY1 es un pick-and-place de escritorio para transportar componentes desde los rodillos hasta la PCB. Finalmente, el Neoden IN6 ofrece soldadura por reflujo. Combinadas, estas máquinas son ideales para quienes desean ir más allá de la simple producción de PCB y dedicarse al ensamblaje completo de PCB. Aunque estas máquinas son soluciones completas que agilizan el proceso de fabricación, no están completamente descartadas para los fabricantes profesionales y serios, ya que sólo cuestan unos pocos miles de dólares. Sin embargo, amplían la definición de fabricación de computadoras de escritorio, ya que tienden a requerir una mayor huella, tanto física como eléctrica.
Diploma
El auge de las máquinas de fabricación de PCB de escritorio ha democratizado el acceso a la creación y producción de prototipos de PCB. Dependiendo de las necesidades específicas, ya sea precisión, velocidad, versatilidad o el tipo de producción (sustractiva o aditiva), es probable que exista una máquina adaptada a esas necesidades. A medida que avanza la tecnología, podemos esperar mayores mejoras en velocidad, asequibilidad y rendimiento para garantizar que la producción interna de PCB siga siendo accesible para todos.
Michael Parks, PE es cofundador de Green Shoe Garage, un estudio de diseño electrónico personalizado y una firma de investigación de seguridad integrada con sede en el oeste de Maryland. Produce el podcast Gears of Resistance para concienciar al público sobre cuestiones técnicas y científicas. Michael también es ingeniero profesional autorizado en el estado de Maryland y tiene una maestría en ingeniería de sistemas de la Universidad Johns Hopkins.
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