S'auto-former à la fraiseuse MDX50 pour réaliser une carte électronique pour ses composants

Avant le départ de Maxime pour Hambourg, on a organisé un temps de formation avec Colin un adhérent du FabLab pour prendre en main les logiciels permettant de créer une carte électronique au sein du FabLab.
Ce tutoriel doit permettre de comprendre les différentes étapes de la création du chéma électrique jusqu'au fraisage de la carte.
Dans le cadre de ce tutoriel, nous allons réaliser une carte permettant d'allumer une led en appuyant sur un bouton.

Michaël - Chargé de projet FabLab OpenFactory et réseau des espaces de fabrications numériques du 42.


KiCad est une suite logicielle libre de conception pour l'électronique pour le dessin de schémas électroniques et la conception de circuits imprimés.

Nous allons réaliser le schéma électronique de cette carte en intégrant les composants suivant :
  • Une diode
  • Une résistance
  • Un bouton poussoir
  • 2 connecteurs (pour brancher une alimentation, par exemple un boitier de pile)

Démarrer un nouveau projet


  • Dans notre projet (ici nommé porte clé LED) cela va créer 2 documents :
    • Porte clé LED.kicadpcb sera l'espace de travail permettant de visualiser notre carte électronique
    • Porte clé LED_kicad.sch sera l'espace de travail permettant de visualiser notre schéma electrique
image nouveaux_documents_crs.jpg (65.7kB)
Nouveaux documents créés au démarrage d'un nouveau projet
  • Nous allons maintenant ouvrir notre schéma électrique
  • On va sélectionner le fichier Porte clé LED_kicad.sch en double cliquant dessus
image Slectionner_le_fichier_du_schma_lectrique.jpg (62.4kB)
Sélectionne le fichier électrique
  • Et une nouvelle fenetre va apparaître
image mon_fichier_vierge_du_schma_lectrique.jpg (92.3kB)
Fichier vierge du schéma électrique
  • Nous allons maintenant ajouter les composants (led, resistance, switch, connecteur generique)
  • Pour intégrer des composants et dessiner notre dessin électrique, nous allons nous servir du menu à droite de l'écran
image placer_un_composant.jpg (93.1kB)
Placer un composant
  • On va commencer par la diode. Pour placer un composant il faut cliquer sur le bouton du menu de droite appelé "Placer symbole"
    image placer_un_composant.jpg (93.1kB)
    Placer symbole
    et ensuite on cliquera dans la zone de dessin du schém électrique, ce qui ouvrira les composants intégrés à notre logiciel
image Bibliothque_composants.jpg (0.1MB)
Bibliothèque de composants
et dans la barre de recherche on tapera LED et on pourra sélectionner le modèle de LED choisi. Dans notre cas, on restera sur une LED toute simple
image barre_recherche_composant.jpg (0.1MB)
barre recherche composants
  • Ce qui nous positionnera l'élément suivant sur notre schéma (attention j'ai zoomé sur mon élément, il peut etre beaucoup plus petit lorsque vous le ferez)
image LED.jpg (90.8kB)
LED positionnée sur le schéma
On peut faire une rotation d'un élément en sélectionnant un élément (menu de droite) en sélectionnant l'élément et en appuyant sur la lettre R de votre clavier.
image slectionner_un_lment.jpg (88.8kB)
Sélectionner un élément
On va répéter cette opération pour placer les éléments suivants :
  • Une résistance (la plus simple de la bibliothèque appelée "R")
  • Un bouton poussoir (appelé "SW-Push" dans la bibliothèque)
  • Un connecteur générique (appelé "Conn_01x02" dans la bibliothèque)
Vous devriez obtenir ceci sur votre schéma
image composants_non_relis.jpg (98.5kB)
Composants non reliés
  • Maintenant on va relier nos composants avec des fils avec le menu de droite "Placer un fil"
image Placer_un_fil.jpg (0.1MB)
Placer un fil (menu)
  • On va relier les composants en cliquant sur le rond de départ et celui d'arrivée de notre fil électrique.
image positionnement_du_debut_du_fil_sur_le_rond.jpg (98.9kB)
Positionnement sur le rond de sortie du composant
image fil_vert_entre_deux_composants.jpg (99.0kB)
en cliquant sur le rond du composant d'arrivée, les 2 ronds disparaissent et il apparaît un fil vert
  • On fait la même chose pour l'ensemble du circuit électrique
image circuit_lectrique_cable.jpg (79.2kB)
Circuit électrique câblé
  • Lorsqu'on a des circuits électriques plus complexes on peut insérer des "Power Flag" Pour avoir des tensions et des masses en référence. Cela permet de mettre en décaler l'alimentation
image Schma_avec_power_flag_pour_le_5V_et_le_GND.png (68.3kB)
Power Flag et alimentation décalée
  • Pour placer un Power Flag on utilise le bouton "Power" du menu de droite
image Bouton_Power_menu.jpg (81.2kB)
Bouton Power pour insérer des Power Flag
  • Je clique ensuite sur un fil, une fenetre s'ouvre et je selectionne la tension choisie (ici la masse)
image Power_Flag_GND.jpg (0.1MB)
Sélectionner Power Flag GND
image GND.jpg (93.1kB)
GND
Il faut reproduire la meme chose en installant un PWR FLAG (lorsqu'on n'a pas de composant alimentation, pour la masse comme pour le +5V )
  • Maintenant on va attribuer les noms de nos composants (enfin c'est plutot des numéros en électronique, par exemple D1, R1, R2...). Pour cela on va utiliserle menu en haut avec la fonction "Annotation des composant de la schématique"
image annotation_des_compposants.jpg (97.7kB)
Annotation des composants du schéma
  • Une nouvelle s'ouvre, on peut garder les réglages proposés et cliquer sur "numérotation"
image Composants_numrots.jpg (94.9kB)
Numérotation des composants
  • Ensuite, nous allons verifier les erreurs que nous aurions pu faire dans notre schéma. En cliquant sur le bouton du menu du haut "Execute le test des erreurs électriques"
image verification_erreur_schema.jpg (0.1MB)
verification erreur schéma

  • L'étape suivante est d'assigner les empreintes des composants. Ca permet de donner les dimensions de chaque composant.
image Assigner_les_composants.jpg (98.3kB)
Assigner les empreintes des composants

  • Une nouvelle fenềtre s'ouvre et je vais pouvoir aller chercher les éléments pour chacun de mes composants (en fonction des données constructeurs de mon composant ou des mesures effectuées sur celui-ci). Dans l'exemple on a une LED simple de 5mm. A gauche j'ai la bibliothèque de composants, au milieu les composants présents sur mon schéma et à droite les différents composants de la bibliothèque sélectionnées à droite
image Assigner_LED.jpg (0.1MB)
Assigner la LED
  • Une fois que j'ai trouvé le composant approprié dans la colonne de droite, je valide mon choix en double cliquant dessus (cela va mettre les informations dans ma partie centrale de la fenêtre)
image Assigner_LED_valid.jpg (0.1MB)
Assignement LED validé
  • Ce qui donnera au final pour l'ensemble des composants
image Assignements_des_composants.jpg (0.2MB)
Assignement des composants
  • Enfin, on va générer la netliste (enveloppe) => cela va définir les liens des composants sur le schéma et leurs placements sur la carte PCB
image generer_la_netliste.jpg (91.8kB)
Générer la netliste
Une nouvelle fenêtre va s'ouvrir et on reste sur le reglage PCBNew avec le format par défaut.
Cela va nous créer un nouveau fichier en .net (Porte clé LED.net)
image fichier_netliste_gnr.jpg (67.6kB)
fichier généré netliste

Préparer son PCB

  • On va commencer par ouvrir l'éditeur de PCB
  • image Editeur_de_circuit_imprim.jpg (67.7kB)
    Ouverture de l'éditeur de PCB
  • Dans la nouvelle fenêtre, on va chargé le fichier "Porte clé LED.net" en cliquant sur l'icone "charger la netliste"
  • image charger_la_netliste.jpg (98.2kB)
    charger la netliste
  • Et sélectionner son fichier
  • image charger_son_fichier_netliste.jpg (0.1MB)
    charger son fichier netliste
  • valider en cliquant sur le bouton "Mise à jour PCB" et fermer la fenêtre
  • image Chargement_du_PCB.jpg (0.1MB)
    Chargement du PCB
  • Ensuite on repositionner les composants en fonction de nos besoins (forme de la carte, du boitier...)
  • image repositionnement_des_composants.jpg (0.1MB)
    Repositionnement des composants
  • On va ensuite créer nos pistes et choisir la dimension de la taille de nos pistes
  • Dans notre exemple on créer un circuit avec des pistes sur une seule face, donc on va travailler sur la couche Bcu (en la sélectionnant dans le menu de droite). La couche Bcu est la couche de cuivre inférieure. Dans le cas d'un circuit en double couche on utiliserait aussi la couche Fcu qui correspond à la couche de cuivre supérieure. On va sélectionner des pistes qui auront une taille de 1mm (c'est le minimum, on peut les élargir un peu !)
  • On va generer les piste en cliquant sur le bouton de droite "route piste en etant sur la couche Bcu
  • image Route_Piste_menu_droite.jpg (0.1MB)
    Route piste (menu de droite)
  • On va pouvoir dessiner nos pistes (par dessus les traits de liaisons fournis par le fichier netliste) en étant vigilant à ne pas faire d'angle droit ni de liaison de masse
  • avant de les dessiner on va régler leur taille
image editer_la_taille_des_pistes.jpg (0.1MB)
Editer la taille des pistes (menu)
Cela nous ouvre une nouvelle fenêtre, dans la colonne largeur, on va cliquer sur le bouton + en bas de la colonne et on va lui donner une taille de 1,25mm.
On peut dessiner nos pistes en allant d'une patte d'un composant à l'autre.
A reproduire pour toutes les pistes, ce qui donner a comme résultat
image Vue_finale_des_pistes.jpg (0.1MB)
Résultat final des pistes
  • On va utiliser une 3eme couche. La "Edge cut" pour définir les contours de la carte (en sélectionnant l'outil "rectangle" ou "addition de ligne graphique", en fonction de la version de KiCAD)
image Trac_du_contour.jpg (0.1MB)
Tracé du contour
  • On va ensuite ajouter notre plan de masse. Pour cela on va se remettre sur la couche Bcu. Dans le menu de droite, on va se mettre sur le bouton "addition de zone remplie"
  • image addition_de_zone_remplie_menu.jpg (0.1MB)
    Addition de zone remplie (menu)
Ensuite je clique sur un des angles de mon contour et je vais régler les paramètres suivant dans la nouvelle fenêtre
  • sélectionner GND
  • isolation + longueur des freins thermique + largeur des freins thermique à 0.8mm
image Parametre_du_plan_de_masse.jpg (0.1MB)
Paramètre du plan de masse
Et on valide
On sélectionne ensuite les 4 angles du contour de notre carte ce qui donnera le résultat suivant(Dans la version 6, il faut faire le menu edit => fill all zone pour remplir le plan de masse)

Exporter son fichier PCB

On reste dans le même mode d'édition
  • On va sélectionner dans le menu du haut la fonction "plot" (pour tracer en format gerber)
  • image Fonction_Plot_menu.jpg (0.1MB)
    Fonction Plot (menu)
  • On va paramétrer le tracé Gerber
    • sélectionner Gerber
    • sélectionner les couches utilisées
    • et valider en cliquant sur le bouton tracer
  • il va créer 2 fichiers en gbr (qui correspondent aux 2 couches de travail Bcu et edge cut)
image fichier_gbr_gnr_par_couche.jpg (70.9kB)
Fichier Gerber généré par couche
  • On va créer les perçages des trous avec la fonction Plot (ou en restant sur la dernière fenêtre). On clique sur le bouton "créer les fichiers de perçage" et on règle les parametres suivant :
    • unité de percage des trous : en millimetre
    • on coche trou metallisé ou non metalise en un seul fichier (pour la version 6 PTH ou NPTH...)
    • Et on valide en cliquant sur le bouton "créer un fichier de perçage" qui va généré un fichier en .drl (dans notre exemple Porte clé LED.drl)
image Fichier_de_perage.jpg (0.1MB)
Parametre fichier de perçage



  • Cliquer su le bouton du menu opengerber et selectionner nos 2 fichiers en .gbr qui ouvre nos tracé
  • Cliquer sur le bouton Open excellon pour mettre les trous de perçage en sélectionnant le fichier en .drl
  • Attention a la vue dans le logiciel on voit de dessus et on va graver la face de dessous (penser à faire un flip en y dans menu edit en sélectionnant tous les éléments)
  • on peut régler l'origine avec edit => set origine
  • sélectionner le fichier BCU .gbr et allant dans propriété et chois des outils (en se referant aux parametres fournis dans la page wiki mdx50)
  • sélectionner le fichier excellon en .drl pour parametrer les reglages wiki mdx50 pour les trous en 0.8mm ou en dessous
  • sauvegarder gcode pour les trous de 0.8mm
  • refaire pour les percages de trous de 10mm
  • finir par le découpage de la carte prendre le fichier ech cute propriété et cutoutools
  • recuperer le fichier cutout => propriete (wiki mdx50) => generer et enregistrer


  • ALLUMER LA MACHINE et appuyer sur entrée
  • Panneau de controle et affichage

  • - Affichage machine G54 systeme de position de la machine
  • NCcode => elle va gérer du gcode
  • position X Y Z
  • vitesse de deplacement jobgrade
  • vitesse de rotation parametree (a 12000 avec spindle)
  • overhide laissé à 100%
  • bouton XYZ et A pour l'axe rotatif
  • Origin pour définir l'origine a chaque coordonnée X et Y et Z fait avec le capteur
  • Menu :

  • deplacement des positions
  • choisir l'outil
  • parametrer la lumière et la soufflerie
  • En ouverture de porte la fraise se déconnecte et descend (attention a ne pas ouvrir quand elle est sur le plateau risque d'endommager le matériel) -
  • Outils

  • 1 fraise de 2 mm pour decoupe
  • 2 fraise javelot pour la gravure
  • 3 foret de 0.8mm
  • 4 foret de 1 mm
  • 5 autre
  • 6 test de hauteur
  • fixer la plaque avec du double face
  • se placer au milieu de sa zone de travail pour brancher le capteur Z attention a mettre le cable bien de coté
  • on sélectionne l'outil 6
  • on fait le Z zero sense
  • on retire le capteur
  • on referme le capot + entree


(installable uniquement sous windows)

gravure a faire en 1

  • on selectionne l'outil 2
  • on selectionne cut + on ajoute un fichier (le .nc)
  • on clique sur output

perçage a faire en 2

percage en 0.8mm

  • sélectionner l'outil 3 (parametre => machine => outil)
  • enlev