基板のようなもの？

下記の記事で紹介していた方法が、前から気になっており、今回はこの方法でオリジナルの基板のようなものを作ってみました。

inajob.github.io

この手法は Developing 3DPCB – 3D Printed Circuit Board with lots of potential. – Johan von Konow で紹介されており、「3DPCB」と呼ばれています。

基板設計

基板の設計は通常のプリント基板と同様にKiCADで行います。

こんな風に論理回路図を書いて・・

f:id:inajob:20211202213528p:plain

基板を書きます。

f:id:inajob:20211202213553p:plain

この時KiCADを「レガシーツールセット」に切り替えて、「配線時の角度を45度単位に制限」のチェックを外して、自由な角度に配線できるようにしておくのがポイントです。

45度に制限しても良いのですが、実際に配線をするときに導線を曲げる必要があり面倒です。なるべく直線で配線します。

f:id:inajob:20211202213743p:plain

3Dプリンタの精度にもよりますが、私は2mmの配線幅としました。

データ作成

基板の片面にのみ配線したので、その面のデータをdxfで出力します。

f:id:inajob:20211202214044p:plain

ドリルデータはいつも通りに出力します。

ドリルデータはそのままだとCADソフトに読み込ませることが出来ないので、下記スクリプトでDXFに変換します。 (元となるソースコードは DRL NC file to DXF · GitHub を参考にしています。)

import ezdxf
from sys import argv
import re

if len(argv) < 2:
    print("Need filename")

in_filename = argv[1]
out_filename = in_filename[:-4] + ".dxf"

doc = ezdxf.new(dxfversion="R2010")

doc.layers.add('holes', color=2)
msp = doc.modelspace()

tools = {}
current_tool = None
for line in open(in_filename).readlines():
    line = line.strip()

    match = re.match("^T(\d+)C(.+)$", line)
    if match:
        tool_id = int(match.group(1))
        size = float(match.group(2))
        tools[tool_id] = size
        continue
    match = re.match("^T(\d+)$", line)
    if match:
        current_tool = int(match.group(1))
        continue
    match = re.match("^X(.+)Y(.+)$", line)
    if match:
        x = float(match.group(1))
        y = float(match.group(2))
        size = tools[current_tool]

        print(x/100,y/100,size/2*50*4)
        msp.add_circle((x/100,y/100), radius=size/2*50*4)

print(out_filename)
doc.saveas(out_filename)

3DPCBの作成

OpenSCADを使います。

difference(){
  translate([0,0,-1])
  // 雑に外形線を描く
  linear_extrude(height=3){
    polygon([[0,50],[40,20],[25,20],[50,-20],[30,-20],[15,-20],[10,-40],[0,-40]]);
    mirror([-1,0,0])
      polygon([[0,50],[40,20],[25,20],[50,-20],[30,-20],[15,-20],[10,-40],[0,-40]]);
  }
  // 配線をくりぬく
  linear_extrude(height=3)
    translate([0,40,0]){
      import("out/christmas-B_Cu.dxf");
    }
  
  // ドリル穴をくりぬく
  translate([0,0,-2])
  linear_extrude(height=2-0.3)
  translate([0,40,0]){
    scale([1/4, 1/4, 1/4])
    import("out/christmas.dxf");
  }
  
  // ドリル穴の上部にはんだ付けしやすいように大き目の穴をくりぬく
  translate([0,0,0])
  linear_extrude(height=6)
  translate([0,40,0]){
    scale([1/4, 1/4, 1/4])
    offset(5)
    import("out/christmas.dxf");
  }
}

これでこんな立体が生成できます。

こちらははんだ付け面。

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