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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

Papierfliegerabschussrampe mit BAM&DICE

Written by BonsaiBrain. Posted in Projekte

2PrintBeta präsentiert: Eine Papierfliegerabschussrampe mit BAM&DICE

heise-online-bild

Anlässlich der MakeMunich 2014 mussten wir uns eine Anwendung für die universelle Arduino Steuerungselektronik, BAM&DICE, einfallen lassen. Einen 3D Drucker damit zu betreiben ist schon fast langweilig, wenn man bedenkt, wie viel mehr damit möglich ist. Eine Pick'n'Place Maschine ist doch eher eine Freakshow und nicht für Jedermann und einen Reflow-Ofen zum automatischen Löten von Elektroniken wollten wir auch nicht auf unseren Tisch stellen - sieht aus, wie ein stinknormaler Pizza-Ofen.

Was also tun, um eine anschauliche und interessante Anwendung mit BAM&DICE zu präsentieren?

Die Lösung war schlicht genial: Eine interaktive Papierflieger Abschussrampe. Damit können Standbesucher unsere Flyer verteilen.

Nach kurzem Googlen, was es dazu schon alles gibt, war klar: Soetwas in der Art gibt es zwar, aber wir können das BETA!

Wir wollten eine Abschussrampe bauen, welche die Papierflieger möglichst über den Köpfen der Messebesucher abschließt, damit niemand die Flieger direkt ins Gesicht bekommen kann. Also musste die Rampe nach oben bzw. unten fahren können. Anfängliche Ideen eines Kranes oder einer Hebebühne wurden recht schnell verworfen, da die maximal erreichbare Höhe damit nicht ausreichend war.

Die zündende Idee war dann die Konstruktion mit einem Holzbalken, an welchem die Abschussrampe rauf- bzw. runterklettern kann. Das war zwar nicht die schnellste Lösung, doch die einfachste und stabilste.

Ein weiterer Knackpunkt war die Abschussvorrichtung an sich. Welches Prinzip ist am besten? Katapult oder doch Ballista?

Ein Katapult wäre sicherlich keine schlechte Lösung gewesen, zumal man damit auch andere Dinge als Papierflieger verschießen kann, aber die Ausmaße hätten jeden Rahmen gesprengt - schließlich soll das Ding in 1,5m Höhe Flieger verschießen und nicht als Vordach dienen.

Hier leistete Google gute Dienste, denn bei der Recherche fanden wir eine ganz simple Papierflieger Abschussrampe, welche mit zwei gegeneinander rotierenden Gummirädern arbeitet. Dies sollte das System unserer Wahl werden.

Die Räder wurden aus Silikon gegossen, da dies besonders guten Grip auf Papier zeigte. Zum Abschießen wurde ein gebrauchter DC Motor verwendet. Geschaltet wurde dieser mit einem Relais über DICE-VN V1. Eine gute Ansteuerung der Achsen wurde mit Schrittmotoren gewährleistet. Hierfür wurden die DICE-STK V1 verwendet.

Montiert wurde die Abschussrampe aus Gewindestangen-Resten, Kugellagern, 3D Drucker Teilen, einigen extra 3D gedruckten Teilen, Acrylplatten und LEDs:

closeup

Die Steuerung war ein Geschenk eines Freundes: Er hat einen gebrauchten Joystick aus seiner Bastelkiste gekramt und uns freundlicherweise überlassen.

Um das Jahrmarkt-feeling noch zu perfektionieren, wurden über die Schrittmotoren Töne bzw. Melodien erzeugt, welche über die Resonanz der angeschraubten Acrylplatten gut hörbar waren.

Zum Einsatz kamen Stücke wie das Te Deum (Europahymne von Beethoven), die Tetris-Melodie oder der "Trauermarsch" der Klaviersonate Nr. 2 b-Moll von Chopin. Letzteres hat ein wenig Kopfschmerzen bereitet, da wir nicht wussten, wie das Stück hieß. Es kommt z.B. an Stellen vor, an welchen jemand stirbt - doch die Suche nach "RIP-Melodie" oder Ähnlichem zeigte, dass wir nicht die einzigen waren, welche nach dem Titel dieser Melodie suchen. Letztendlich wurden wurden aber doch fündig und konnten die Melodie betiteln.

Das Resultat unserer Künste konnte auf der Make Munich 2014 bewundert und bespielt werden und war ein riesen Erfolg:

make-munich-2014

Schon einige Tage zuvor wurde beim Ausprobieren und Testen ein Video gedreht:

Wir hoffen, Ihr hattet genauso viel Spass daran, wie wir.

Euer 2PrintBeta - Team