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SMD Bestückungsmaschine

Written by BonsaiBrain. Posted in Projekte

2PrintBeta präsentiert: Eine DIY SMD Bestückungsmaschine

Als Dienstleister für Elektronik kommt es immer wieder vor, dass man nicht nur einen Prototyp, sondern eine Serie an Elektroniken fertigen muss. Üblicherweise werden die Platinen über eine SMD-Schablone mit Lötpaste bestrichen und anschließend werden die bestrichenen Flächen mit Bauteilen bestückt. Dies wird beim Prototypen manuell mit einer Pinzette gemacht. Für die Serienfertigung, vor allem bei Elektroniken mit vielen Bauteilen, ist ein manuelles platzieren der Bauteile mühsam und zeitaufwändig.

Abhilfe schafft hier eine SMD Bestückungsmaschine. Nur sind diese Maschinen recht teuer und für eine kleine Prototypenschmiede (fast) unbezahlbar. Aber wozu hat man eine Prototypenschmiede - doch wohl dazu um Prototypen zu bauen.

Zum automatischen Platzieren von Bauteilen benötigt man als Basis eine 3-Achs-CNC-Maschine. Kurzerhand wurde ein ausgedienter 3D Drucker in eine Pick & Place Maschine umgebaut:

pnp-machine-overview

Zunächst wurde eine Spitze benötigt, mit der die Bauteile pneumatisch aufgenommen und abgelegt werden können. In unserem Pasten-Extruder Sortiment fand sich eine passende 1.2mm Kanüle. Damit die Bauteile nicht verkratzen und das Vakuum besser gehalten wird, wurde an der Spitze ein kurzes Stück Silikonschlauch angebracht.

pnp-machine-tip

Das Vakuum wird mit einer günstigen Vakuumpumpe erzeugt und mit einem Magnetventil gesteuert:

pnp-machine-pump

SMD Bauteile werden üblicherweise in Bändern auf Rolle (oder lose) geliefert. Diese Bänder werden in Magazine eingeführt, welche neben der zu bestückenden Platine plaziert werden. Für's Erste gaben wir uns mit zwei unterschiedlichen Bauteilen zufrieden, da diese Bauteile am häufigsten zu bestücken waren.

Alternativ zu den Magazinen kann auch ein wesentlich kleinerer Abroller verwendet werden. Dieser bietet das Bauteil immer an der gleichen Stelle an. Das Band wird über einen integrierten Lochstreifen zum nächsten Bauteil weitergefördert. Auf Grund der Komplexität dieser Abroller haben wir uns zunächst für die einfacheren Magazine entschieden.

Um die Bauteile nach der Entnahme aus dem Magazin in die richtige Position drehen zu können, wurde die Spitze drehbar gelagert:

pnp-machine-rotator

Gesteuert wird die SMD Bestückungsmaschine über BAM&DICE mit 4 STK Schrittmotortreibern. Die Vakuumpumpe wurde an den Ventilatorausgang angeschlossen:

pnp-machine-BAM-DICE

Praktischerweise gibt es mit openPNP eine opensource Lösung zur Programmierung von Pick & Place Maschinen. Nach Adaption der Software auf unser System konnte es losgehen.

Hier wird ein Bauteil aus dem Magazin entnommen:

pnp-machine-picking

Hier wird das Bauteil auf der Platine plaziert:

pnp-machine-placing

Dieses Sytem lässt sich zum Plazieren von größeren Bauteilen wunderbar verwenden. Die ersten 25 Platinen wurden so mit insgesamt 1700 Bauteilen bestückt - und das wesentlich schneller, als es manuell möglich wäre. Kleinere Ungenauigkeiten in der Positionierung werden beim Reflow-Löten durch die starke Oberflächenspannung des Lötzinns ausgeglichen.

Als nächstes wird an der Positionierungsgenauigkeit gefeilt: Die Rotationsachse wird durch einen Schrittmotor mit hohler Achse ersetzt. Anschließend wird die 1.2mm Kanüle durch eine dünnere ersetzt, da sonst die kleinsten Bauteile aufgesaugt werden und in der Spitze verschwinden würden.

Bis dahin: Stay tuned!

Euer 2PrintBeta - Team

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