Quark LXX .::. Módulo de desarrollo para Kinetis: MiniMoon

Acabo de terminar el desarrollo inicial de un pequeño módulo basado en un Kinetis MK22FN512VLH12.

Este micro tiene un núcleo ARM Cortex-M4F y una no desdeñable cantidad de memoria: 512KB de flash y 128KB de RAM. Trabaja hasta los 120MHz y, en este caso concreto, viene en un empaquetado LQFP de 64 pines.

Tras enrutar las alimentaciones, el puerto de programación SWD y los cristales, uno de 8MHz y otro de 32.768KHz, he dejado todos los demás pines accesibles, con lo que he necesitado dos conectores de 50, ha una distancia de 0,7 pulgadas, pare ser compatible con las placas de prototipos estándar.

El aspecto es el siguiente:

MiniMoon. Prototipo.

MiniMoon. Prototipo.

La placa tiene un tamaño aproximado de 64x21mm.

Acepta alimentación tanto desde el puerto USB como a través de uno de sus pines. Esta es derivada a un regulador de 3,3V y 800mA, que están disponibles en otro pin, para alimentar a otros dispositivos que puedan conectarse. En otro, aparecen los 5V provenientes del conector USB tras pasar por un diodo schottky de protección y baja caída de voltaje o, si se utiliza la alimentación opcional, del otro regulador, en este caso de 5V y, también, 800mA.

Dispone de un botón de reset, un LED para comprobar la correcta alimentación del módulo, y un conector SWD, para la programación/depuración con un J-Link o similar.

En resumen, una pequeña placa con todo el hardware mínimo necesario para su utilización en cualquier proyecto sin perder la disponibilidad de ninguna de sus entradas o salidas.

Tras darle un repaso a los archivos gerbers generados por KiCad, ya solo queda enviarlo a producción y, a su recepción, comprobar su funcionamiento adecuado o, en su caso, corregir los errores detectados.

 

Esperando a la versión 1.0…

Quark XLVII .::. Sobre las PCBs de Dirtypcbs.com

Como os comenté en el Quark XLVI a continuación os mostraré unas imágenes de mayor calidad y mayor tamaño de las PCBs que encargué en dirtypcbs.com.

En el lote de PCBs que recibí, doce en total, la calidad, digamos eléctrica, es idéntica, ya que todas han sido comprobadas y han pasado el test antes de ser enviadas en la propia fábrica. En el aspecto visual y mecánico hay diferencias entre unas y otras.

En las próximas dos imágenes tenéis, en primer lugar, la de mejor aspecto de todo el lote y, a continuación, la de peor aspecto.

La primera da más al ojo y parece de mejor calidad que la segunda, fundamentalmente por que tiene un acabado mucho mejor de la capa silkscreen, de la serigrafía.

En ambas el acabado del recubrimiento azul, solder mask, es impecable, aunque hay alguna diferencia en la precisión de su posicionamiento.

Veamos la placa con mejor aspecto:

La placa con mejor aspecto.

La placa con mejor aspecto.

En la placa de peor aspecto del lote, es evidente que la tinta aplicada ha sido escasa, mostrando zonas con una cantidad de recubrimiento insuficiente.

La placa con peor aspecto.

La placa con peor aspecto.

La posición de la serigrafía en la mejor placa está desviada horizontalmente hacia la izquierda y en su posición correcta verticalmente.

Para hacerse una ideal del tamaño real de lo que estamos viendo hay que tener en cuenta que la altura del texto es de 1 mm y el grosor de su línea es de 0,15 mm.

La anchura de las líneas gráficas también es de 0,15 mm. A grosso modo la serigrafía está despazada horizontalmente unos 0,10-0,15 mm.

Detalle resistencias.

Detalle resistencias.

En la siguiente imagen vemos la misma zona detallada en la imagen anterior a la misma resolución y ampliación, pero en este caso de la peor placa. Es evidente la pérdida de calidad en los textos y se aprecia tanto una desviación horizontal como vertical en su posición.

Detalle resistencias.

Detalle resistencias.

Si prestamos ahora atención al posicionamiento de la solder mask, es decir de la máscara de color azul que recubre la PCB y cuyas aberturas permiten acceder a las zonas a soldar, vemos que la precisión de su posicionamiento es adecuada, habiendo muy poca diferfencia entre ambas, notandose una ligerísima mejor posición en la primera de ellas.

La importancia del posicionamiento de esta capa es fundamental ya que afecta a la capacidad de realizar unas soldaduras adecuadas, algo básico en una PCB.

Detalle conector.

Detalle conector.

Detalle de la misma sección en la segunda placa:

Detalle conector.

Detalle conector.

En la siguiente imágen vemos el footprint de un integrado en formato TSSOP de 24 patas. Para situarnos, el tamaño de cada isla es de 1,6 mm de ancho por 0,32 mm de alto. Las isletas parece que se anchan en su parte exterior, pero lo que vemos realmente es la pista de cobre sobre ellas, que tiene una anchura de 0,4 mm. También como referencia, las vias son de 0,6 mm con taladros de 0,4 mm.

Detalle TSSOP con PowerPad.

Detalle TSSOP con PowerPad.

Vemos ahora la misma sección pero correspondiente a la placa de menor calidad:

Detalle TSSOP con PowerPad.

Detalle TSSOP con PowerPad.

Se aprecia una mayor desviación de la máscara de soldadura, pero teniendo en cuenta las dimensiones que antes he indicado, las desviaciones son de alrededor de una décima de milímetro. Para una Dirty PCB me parece una calidad más que adecuada.

En resumen tras las dos revisiones de estas placasm tanto la inicial a simple vista como la actual más detallada y ya teniendo en cuenta valores tangimes, de décimas de milímetro, he quedado satisfecho con el producto recibido, y mucho más si se tiene en cuenta el precio de las placas y el no precio, gratuito, del envío.

Chapeau por dirtypcbs.com por facilitar esta tecnología a estos precios.

Quark XLVI .::. Encargando placas diseñadas con KiCAD a Dirtypcbs.com

Para quien no lo conozca, dirtypcbs.com es un servicio de prototipado de placas de circuito impreso proporcionado por dangerousprototypes.com. Según sus propias palabras, han querido abrir públicamente el servicio que ellos utilizan para producir sus propias PCBs. Es un servicio barato. De calidad suficiente, no exquisita, de ahí su propio nombre.

Hasta ahora siempre me he fabricado yo mis propias placas para mis montajes, exceptuando aquellos en los que he obtenido las PCBs por otros medios, como el PCB Drawer, pero nunca había utilizado un servicio profesional.

Para mi último proyecto, que espero publicar aquí en breve, me animé a utilizar el servicio de dirtypcbs. Y elegí, de entre todos los que proponen, el más barato: Protopack +-10. Esto incluye la fabricación de entre 8 y 12 placas de hasta 5x5mm, con dos caras, en cualquier color, con un grosor de entre 0,6, y 1,6 mm (2mm opcional con sobrecoste), e incluído envío gratuito, por 14 dólares americanos. Una ganga.

Así que elegí las opciones a mi gusto:

Pedido a DirtyPCBs.

Pedido a DirtyPCBs.

Protopack +-10, 2 caras, color azul, 1,6mm de espesor, HASL. Envío gratuito.

El diseño fue realizado con KiCAD. En las normas de uso de dirtypcbs.com indican que los ficheros con los diseños han de enviarse en un archivo ZIP. Cada fichero debe llevar su extensión correspondiente siguiendo este esquema:

Extensiones adecuadas.

Extensiones adecuadas.

Para preparar los ficheros, desde KiCAD, cargamos el projecto, abrimos PCBnew y seguimos los siguientes pasos:

  • Vamos a File -> Plot.
  • Elegimos Plot Format como Gerber.
  • Seleccionamos una carpeta donde guardar los archivos.
  • Seleccionamos las capas necesarias. En mi caso F_Cu, B_Cu, F_SilkS, B_SilkS, F_Mask, B_Mask y Edge_Cuts.
  • En Options marcamos Plot footprint values y Exclude PCB edge layer from other layers.
  • En Gerber Options seleccionamos: Use Protel filename extensions.
  • Y generamos los archivos pulsando en Plot.

Ahora necesitamos crear el archivo con la posición de los taladros, así que desde la misma ventana pulsamos Generate Drill File y:

  • Seleccionamos la misma carpeta que antes para guardar el archivo.
  • Drill Units: Millimeters
  • Zeros format: Decimal format
  • Drill Map File Format: Gerber
  • Drill File Options: En mi caso selecciono la tercera opción, ya que tengo taladros tanto plateados como no, así que me crea un único archivo, si no crearía dos, formato que en dirtypcbs.com no admiten.
  • Drill origin: absolute
  • Pulsamos Drill File y listo.

Ahora solo queda crear un ZIP con todos esos archivos y subirlo a la página de dirtypcbs.com.

Rellenamos todos los campos con nuestros datos y forma de envío y adelante.

Pagamos y, si todo ha ido bien, obtendremos algo como esto:

Actualizaciones del pedido.

Actualizaciones del pedido.

Un resumen de nuestro pedido con las condiciones de envío y los pasos del proceso de fabricación.

Además, algo puramente estético, pero que alegra el ojo:

Previsualización de las placas de circuito impreso.

Previsualización de las placas de circuito impreso.

Una representación gráfica de lo que serán nuestras PCBs. Si lo que véis en la imagen no se corresponde con lo que tenéis en mente, probablemente hayáis cometido algún error al renombrar los archivos de fabricación. Echádles un vistazo por si acaso.

Una vez recibidos los ficheros, éstos son comprobados y enviados a la empresa que fabricará las PCBs. Hasta ese momento somos libres de hacer cuantos cambios queramos en nuestras placas y sustituir los ficheros enviados. Como puede verse yo lo hice en cuatro ocasiones. En el momento en que aparezca At board house, ya no es posible realizar más modificaciones, la suerte está echada.

Tras su fabricación, una nueva entrada con la fecha del envío será añadida al log de fabricación. No toca ya más que esperar a su llegada.

Y acaba llegando:

Paquete recibido.

Paquete recibido.

Como podemos comprobar en la orden, se envió por correo estándar el día 20 de julio, mientras que el paquete se preparó el 19 de julio:

Fecha del paquete.

Fecha del paquete.

Y yo lo he recibido el 3 de agosto, es decir, justo dos semanas después de ser enviado. Feliz y contento para ser envío gratuito. Muy eficaz. Si dos semanas es demasiado, también nos ofrecen servicio urgente por mensajería.

Dentro del paquete, convenientemente envuelto todo en plástico protector de burbujas, encontramos lo siguiente:

Contenido del paquete.

Contenido del paquete.

Un resumen del pedido, unas pegatinas y las PCBs envueltas en más plástico protector y luego en plástico retráctil, para que no se arañen entre ellas. Barato y efectivo.

Quitando el plástico de burbujas:

Envasado al vacío.

Envasado al vacío.

Ahora solo nos queda ver qué tal han quedado y cuantas he recibido. Os recuerdo que envían entre 8 y 12.

Abrimos el paquetillo y:

12 PCBs, 12.

12 PCBs, 12.

12 unidades. Ha salido muy bien la cosa. Por ahora todo buenas noticias.

Un vistazo algo más detallado (otra cutrefoto con el móvil):

PCB terminada.

PCB terminada.

En un próximo artículo veremos, con más detalles y en condiciones, las placas, con imágenes de calidady analizaremos su acabado. Estás han sido un “aquí te pillo aquí te mato” más encarado a describir el proceso de realizar un pedido en dirtypcbs.com a partir de los diseños de KiCAD.

Como véis el proceso ha sido rápido y sin complicaciones. Hemos obtenido un buen servicio a un mejor precio y KiCAD ha estado a la altura.

Seguiré utilizando ambos.

Por cierto, tanto los símbolos como los footprint son los de mi librería de KiCAD. Para que os hagais una visión de conjunto, aquí tenéis la previsualización con modelos 3D desde KiCAD:

Simulación en KiCAD.

Simulación en KiCAD.

Quark XLI .::. PROXXON MF 70 Bubblegum CNC (Montando el eje Y)

Terminado el eje X, comienzo con el montaje correspondiente al eje Y.

El material necesario, tornillería aparte, es el siguiente:

Material para el eje Y.

Material para el eje Y.

Al que hay que añadirle, de forma similar el eje X, el acoplador flexible y el espaciador de sujeción del eje.

El primer paso será insertar los rodamientos en ambos extremos de los finales de la tabla Y, el extremo inicial:

Inicio eje Y.

Inicio eje Y.

El rodamiento ha de entrar completamente y quedar a ras de la superficie externa.

Rodamiento al ras.

Rodamiento al ras.

Y el extremo final.

Final eje Y.

Final eje Y.

Este extremo tiene tres aberturas en forma de T, para poder introducir las mordazas en la tabla Y. En el caso de la sección X, también uno de los extremos está abierto, siempre el opuesto al motor para que la operación resulte más cómoda.

Para el siguiente paso necesitaremos las piezas preparadas más los dos refuerzos. ëstos van sujetos con un par de tornillos cónicos M3 de 20 mm cada uno.

Refuerzos.

Refuerzos.

Fijamos el primero. Las cabezas de los tornillos han de quedar perfectamente embutidas en la pieza.

Fijando refuerzo inicial.

Fijando refuerzo inicial.

Igualmente el segundo.

Fijando refuerzo final.

Fijando refuerzo final.

Para fijar el soporte del motor al extremo correspondiente, necesitaremos 6 tornillos, también cónicos, de métrica 3 y 20 mm de longitud.

Soporte motor eje Y.

Soporte motor eje Y.

Posición correcta de las partes implicadas.

Se necesitan 6 tornillos.

Se necesitan 6 tornillos.

Aquí es aún más importante que las cabezas no sobresalgan, ya que esa superficie ha de ir apoyada sobre la mesa Y.

Cabezas enrasadas.

Cabezas enrasadas.

Colocamos el montaje en su extremo de la mesa. Yo he colocado el motor Y a la izquierda de la mesa, según miramos frontalmente al eje X. Esto es a gusto del personal, en mi caso lo he montado así para poder introducir mordazas por el lado derecho, ya que me resulta más cómodo.

Posición final.

Posición final.

El montaje se sujeta a la tabla con dos tornillos M3 de 20 mm y cabeza plana.

Tornillos a la base.

Tornillos a la base.

Para el otro extremo también necesitaremos otro par de tornillos M3 de cabeza plana y 20 mm de longitud.

Extremo final.

Extremo final.

Atornillando el extremo final:

En su posición.

En su posición.

Damos vuelta a la tabla XY y vemos los orificios del soporte. De forma similar a como hicimos con el eje X, hemos de taladrar la tabla Y para poder atornillarla al soporte.

Refuerzo.

Refuerzo.

El otro refuerzo es idéntico.

El contrario.

El contrario.

El procedimiento es el mismo: sirviéndonos de los refuerzos como guías, atravesamos la tabla Y son una broca de 2 mm, desatornillamos los montajes de la tabla, agrandamos los agujeros con una broca de 3 mm y, por la parte superior, realizamos un avellanado con una broca de 5,5 mm para ocultar la cabeza del tornillo.

Orificio inicial.

Orificio inicial.

Para sujetar los refuerzos y la tabla Y se necesitan 4 tornillos cónicos M3 de 12 mm. En la siguiente imagen aparecen ya montados los soportes de ambos extremos, que hay que quitar antes de pasar la broca de 3 mm.

Base taladrada.

Base taladrada.

De nuevo, en esta operación es fundamental que las cabezas de los 4 tornillos queden bien embutidas y no sobresalgan sobre la superficie de la tabla Y, ya que eso evitaría el poder situar nuestras piezas a trabajar de forma completamente plana sobre ella.

Extremo final terminado.

Extremo final terminado.

EL siguiente paso es introducir el eje estriado Y por la parte final. Entrará simplemente empujando hasta que haga contacto con el soporte central, a partir de ese momento hay que seguir enroscándolo. A diferencia del eje X, este se enrosca girando a derechas.

Enroscando el eje estriado.

Enroscando el eje estriado.

Cuando asome por el lado opuesto, es el momento de introducir el espaciador.

Espaciador.

Espaciador.

Seguidamente el casquillo original, que nos servirá para introducir más profundamente el espaciador. Éste debe hacer tope contra la rosca del eje.

Casquillo original.

Casquillo original.

Seguimos introduciendo el eje roscado hasta que su tuerca pegue con el rodamiento.

Tuerca en contacto con el rodamiento.

Tuerca en contacto con el rodamiento.

Por el extremo contrario, el eje habrá atravesado el rodamiento y el casquillo estará en su interior.

Eje estriado es su lugar.

Eje estriado es su lugar.

De forma similar al eje X, un espaciador servirá para evitar el movimiento longitudinal del eje.

 

Espaciador colocado.

Espaciador colocado.

Y con la colocación del acople, cuyo despiece podemos ver a continuación.

Despiece del acople flexible.

Despiece del acople flexible.

La parte interna del acople lleva un eje rígido, mientras que toda la zona exterior es flexible.

Detalle del acople.

Detalle del acople.

Colocamos el acople flexible en su sitio, de forma que éste haga presión sobre el espaciador y todo el conjunto no tenga movilidad en dirección axial.

Hay que cortar esos tornillos...

Hay que cortar esos tornillos…

Y, exceptuando el detalle de la longitud de los tornillos de sujecion del acople, ya tenemos el eje Y finalizado y listo para trabajar.

Todo en su sitio.

Todo en su sitio.

Con ambos ejes montados, la estructura de la base ya está completa. Tenemos una tabla XY completamente automatizada.

Tabla XY terminada.

Tabla XY terminada.

El siguiente paso será ir preparando el eje Z para instalar la sección Bubleggum  correspondiente.

Quark XL .::. PROXXON MF 70 Bubblegum CNC (Finalizando el eje X)

El el Quark XXXVII me quedé sin poder finalizar el montaje del eje X de la fresadora PROXXON MF 70 por falta de material, concretamente de los rodamientos para la sujeción del eje roscado.

Finalmente me han llegado, os los presento:

Los esperados rodamientos.

Los esperados rodamientos.

Se trata de unos 626-2RS, de 6 mm de diámetro interior, 19 de diámetro exterior y 6 mm de anchura. Llevan una protección plástica que protege las bolas de la contaminación con objetos extraños, algo imprescindible en esta aplicación.

También pueden encontrarse con las protecciones metálicas, en lugar de plásticas.

Me pongo a ello.

Introducimos cada rodamiento en su lugar. En la parte final del eje:

Final eje X.

Final eje X.

Y en la parte inicial:

Inicio eje X.

Inicio eje X.

Los rodamientos encajan perfectamente, y quedan al ras de los montantes.

Seguimos introduciendo el eje estriado por la parte final. Entrará loco hasta que alcance la parte central, donde habrá que enroscarlo a su guía, recordando que la rosca es a izquierdas en este eje.

Introduciendo el eje.

Introduciendo el eje.

Seguimos enroscando hasta que aparezca por el otro extremo.

¡Hola!

¡Hola!

Ya podemos poner en su lugar el pequeño espaciador de plástico.

La función de este espaciador es forzar al casquillo original, que colocaremos después, ha posicionarse unos milímetros más adelante en el eje, de forma que quede insertado en el interior del rodamiento delantero.

Espaciador.

Espaciador.

Colocamos el casquillo metálico.

Casquillo original.

Casquillo original.

Empujamos, tanto el espaciador como el casquillo, hacia el interior según vamos enroscando el eje.

Un poco más.

Un poco más.

Finalmente quedarán ajustados tanto el estriado del eje, como el espaciador y el casquillo.

A ras del estriado.

A ras del estriado.

Debemos introducir el eje estriado completamente hasta que haga contacto con el rodamiento de la posición final y la parte delantera asome por el montante del motor.

Final ajustado.

Final ajustado.

Este es motor que voy a montar.

Motor NEMA 23.

Motor NEMA 23.

Es un NEMA 23. El diseño original lleva motores NEMA 17, algo más pequeños, por lo que tuve que modificar algunas piezas. Pueden descargarse aquí: Quark XXXV.

Para su sujeción utilizaré 4 tornillos M5 con sus correspondientes arandelas y tuercas. Se trata de tornillos hexagonales.

Dos pares de apretones y tenemos el motor en su lugar de trabajo.

Motor instalado.

Motor instalado.

Para mantener el eje estriado en su lugar y que no se salga hacia la parte trasera, goopyplastic, en el diseño original, utiliza un collar atornillado, como los utilizados como tope en las brocas. Me ha sido imposible conseguir los necesarios de un diámetro interior de 4,5 mm, así que he imprimido un espaciador que, junto con el acoplamiento flexible, espero sea suficiente para que el eje no se desplace.

Sujeción rodamiento.

Sujeción rodamiento.

El espaciador hace tope con el rodamiento.

Sujeción instalada.

Sujeción instalada.

Otro cambio al diseño que he realizado ha sido la utilización de un acoplamiento flexible imprimido. goopyplastic utiliza uno comercial, de aluminio, pero yo ya tenía buenas referencias de uno imprimible que puede descargarse de aquí. He realizado un par de ajustes en sus dimensiones para adaptarlo a mis necesidades y ha quedado tal que así:

Medio acople.

Medio acople.

Montando la otra mitad, el espaciador queda firmemente sujeto, de forma que se evita un prosible desplazamiento longitudinal del eje.

Acople terminado.

Acople terminado.

Los rodamientos han necesitado bastante tiempo en aparecer, pero finalmente lo han hecho y he podido dar un pasito más en el montaje de la mini/micro CNC basada en la PROXXON MF 70.

Lo próximo será montar el eje Y, muy similar al eje X.