2.1. Détourage d'une carte rectangulaire:

• Flatcam considère que les lignes générées par le logiciel de CAO n'ont aucune épaisseur, ce qui n'est pas exact en pratique. L'outil de gravure va suivre par défaut le contour externe du trait, au lieu de suivre son milieu. Il en résulte une erreur égale à la moitié de l'épaisseur du trait. Si l'on n'y prend pas garde, en forçant le logiciel de CAO à plotter un trait de l'ordre du 1/100 de mm ou en corrigeant l'erreur sous Flatcam, les côtes externes des cartes dépasseront les tolérances admises. Plus le trait est épais, plus l'erreur est grande.

Il y a au moins trois façons de résoudre ce problème.

2.1.1. Approximation en acceptant une erreur très faible

• Dans le logiciel de CAO:
• dans les paramètres de dessin, définir une ligne aussi fine que possible: 0.05mm semble être la plus petite valeur que Pcbnew (Kicad ver. BZR4022) est en mesure d'accepter. Voir la configuration pour d'autres logiciels.
• En plus de cela, aller dans les paramètres de sortie, traçage (plot) et choisir la dimension la plus faible possible pour le tracé des lignes. 0.02mm semble être la plus petite valeur que Pcbnew (Kicad ver. BZR4022) est capable de fournir.
• Sous Flatcam, procéder de la manière habituelle pour tracer le détourage de la carte (Voir le manuel de Flatcam).

NOTE: une erreur résiduelle de +1/100 mm entachera chaque bord (2/100 au total).

2.1.2. Tricher sous Flatcam avec le diamètre de l'outil, quelle que soit l'épaisseur du trait.

• Cela consiste à réduire le diamètre de l'outil _seulement_ pour la création de l'objet géométrie "contour" (edge cutout). La gravure se faisant ensuite au diamètre défini, le bord de l'outil entamera le trait jusqu'à son milieu.
• Si l'épaisseur du trait est inconnue, il est facile de la mesurer avec le pied à coulisse intégré à Flatcam: (Menu "Outils" (Tools), "Outil de mesure" (measurement tool). Les dimensions apparaissent sous la partie de la fenêtre réservée au dessin (fig. 2.10 [1]).
• Sous l'onglet "objet Gerber" (Gerber Object), sous "Détourage" (Board cutout", prendre une marge nulle et un outil de gravure un peu plus petit que celui qui est prévu. Ce diamètre réduit "Tool Dia." sera égal à: dr = diamètre-prévu *-** épaisseur_du_trait*.
• Créer l'objet "Détourage" (edge cut).
• Quand l'opération est terminée, sélectionner cet objet. Sous "Créer une tâche CNC" (Create a CNC job), affecter à "Tool Dia." le diamètre de l'outil initialement prévu ("diamètre-prévu" de la formule ci-dessus). Le résultat est présenté sur la figure suivante (dans la zone de rattachement due la carte à son flanc).

NOTE : La modification du diamètre de l'outil devra être faite à chaque opération de détourage. La valeur n'est pas mémorisée.

Fig. 2.1 : Zone de rattachement de la carte à son flanc montrant la gravure du contour (en bleu) parfaitement alignée avec le milieu du trait (en vert).

2.1.3. Configuration de Flatcam pour compenser l'épaisseur du trait généré par le logiciel de CAO.

• Si on ne la connaît pas, la mesurer (voir paragraphe précédent).
• Définir la correction: soustraire la moitié de sa valeur à la marge de design définie par l'utilisateur (si elle existe). La marge peut être négative.
  • Dans cet exemple, le trait qui définit le bord a été tracé à 0.15 mm et l'outil choisi pour le détourage est une fraise conique (V-shaped bit) donnant 0.736 mm de largeur de sillon. Se référer aux tables [3] permettant de déterminer facilement les diamètres des outils (tool dia). La marge de design était nulle.
• Ouvrir l'objet Gerber correspondant au détourage (Fig. 2.2).
• Sous "Détourage" (Board cutout):
  • Indiquer la marge (voir ci-dessus),
  • Définir le diamètre de l'outil (Tool Dia.),
• Générer la géométrie. Le bord de la fraise viendra en contact avec le chemin défini par la marge c'est à dire que dans le cas d'une marge nulle, la fraise entamera le trait jusqu'à son milieu.

NOTES :

La marge correspondant à l'épaisseur du trait peut être définie sous l'onglet "Options" comme "paramètre par défaut" (Application Defaults) ou comme "paramètre du projet" (Project Options), "Détourage" (board cutout), "marge" (margin". Ne pas oublier de sauver les paramètres avant de fermer Flatcam ou de changer de projet: Menu, "Fichier" (file) "Save Default" ou "Save Project".

Cette solution est de loin la meilleure des trois car, une fois que l'outil de CAO est paramétré, la correction est appliquée automatiquement quel que soit l'outil et pour toutes les cartes.

Fig. 2.2 : Configuration correcte de la position des bords de carte

Dans ce cas, Pcbnew a généré un trait de 0.15 mm pour matérialiser le détourage de la carte .

Fig. 2.3 : Aspect général du détourage. Tâche CNC et zooms sur le détail montrant le bord, sans et avec correction.

Ces résultats correspondent à ce que l'on obtiendrait en appliquant les procédures décrites ci-dessus (très exagéré cependant pour le cas No 1 parce qu'un trait bien paramétré en CAO devrait être 7.5 fois moins large).

2.2. Détourage d'une carte polygonale ou aux contours arrondis:

Pour ce qui va suivre, on suppose que le contour est continu, qu'il soit polygonal ou arrondi, qu'il a été généré par le logiciel de CAO et qu'un fichier Gerber en a été extrait. Pour les détails de paramétrage du logiciel de CAO, voir les paragraphes précédents.

Bien que le format du fichier extrait du logiciel de CAO pour cet usage soit le même que celui du fichier utilisé pour le détourage conventionnel, il va âtre traité d'une manière très différente. Si ce n'était pas le cas, en utilisant notamment la fonction "Détourage" de Flatcam, une simple forme rectangulaire serait obtenue à la place de la forme souhaitée.

Nous allons donc considérer que le tracé généré par le logiciel de CAO est un tracé cuivre et nous allons utiliser la fonction "Fraisage d'isolation" (Isolation routing). Ensuite nous sélectionnerons le chemin externe du tracé pour créer le chemin d'usinage (milling path). C'est la raison pour laquelle le tracé doit pas être parfaitement continu.

Les opérations qui vont suivre sont très précises et demandent à être réalisées dans l'ordre strict dans lequel elles sont décrites: paramètres d'entrée, vérification préliminaire à chaque opération afin d'éliminer les erreurs potentielles, par exemple: oubli de mettre à jour la géométrie avant l'opération suivante.

2.2.1. Paramètres d'entrée:

• Epaisseur de trait: 'w'. Ici, Kicad Pcbnew a généré des fichiers Gerber avec des traits d'épaisseur minimale égale à 0.02 mm. Nous utiliserons donc w = 0.02 mm.
• Outil de gravure: Fraise conique (V-shaped bit) avec un méplat en bout:
  • Diamètre d'arbre: 3.17 mm
  • Angle: 20 °
  • Méplat en bout: 0.2 mm
• Profondeur de gravure (cut Z): 1.6 mm
• Les tables d'outils [TO]_ donnent une largeur de sillon de 0.764 mm à la surface du cuivre.

2.2.2. Créer le chemin d'usinage:

• Sous Flatcam; ouvrir le fichier xxxedge-cut.gbr, double clic sur le fichier => l'Objet Gerber s'ouvre.

Fig. 2.4 : Image Gerber ..

• Choisir:

  • Le diamètre d'outil. Nous allons tricher un peu:

    • Etant donné que l'épaisseur du trait qui définit le contour est 'w'

    • Pour graver jusqu'au milieu du trait, la valeur à fournir à Flatcam sera égale à la largeur de gravure en surface du cuivre 'D', que l'on obtiendrait avec l'outil retenu, diminuée de l'épaisseur du trait:

      Valeur du champ "Tool Dia." = D - w (ici Tool Dia. = 0.744 mm)

• Le nombre de passes: 1.

• Conserver la valeur par défaut (0.15) pour le recouvrement des passes (pass overlap). De toute manière il ne servira pas dans notre cas.

• Même chose pour le regroupement des passes (pass combination).

2.2.3. Générer la géométrie.

Fig. 2.5 : Objet isolation, zoom sur le coin supérieur gauche ..

• Revenir sous l'onglet Projet, décocher l'objet Gerber, cocher le nouvel objet créé: xxx_Edge_Cuts.gbr.iso
  • Cliquer sur l'icône "Editer la Géométrie" (edit geometry) figure ci_dessous, cliquer sur l'icône portant une flèche pour choisie la forme si le bouton n'est pas déjà actif. Si l'apparence du bouton ne change pas, l'objet iso (ci-dessus) n'est probablement pas actif.
• L'objet est matérialisé par une paire de chemins situés de part et d'autre du trait.
  • Sélectionner le chemin interne de la forme en cliquant près d'un de ses angles. Les deux chemins deviennent noirs,
  • cliquer sur l'icône "couper le chemin" (cut path), les deux chemins deviennent violets,
  • cliquer de nouveau près d'un coin du chemin interne (et seulement sur celui-ci), il devient noir
  • cliquer ensuite sur l'icône "effacer la forme" (delete shape). Le chemin interne devient rouge,
  • cliquer enfin sur "mettre à jour la géométrie" (update geometry) afin de confirmer les actions précédentes et terminer cette étape. Le chemin intérieur disparaît et le chemin extérieur devient rouge.

Fig. 2.6 : Le chemin intérieur a été effacé. Noter le diamètre d'outil (tool dia.) sur la partie gauche de la fenêtre. Cette valeur sera utilisée pour réaliser la tâche CNC (CNC job) puis pour générer le fichier G-code. Il est égal à exactement deux fois la distance entre le chemin rouge et le milieu du trait vert. ..

*Note: Il est possible également de faire cette opération grâce au "shell command mode", ce qui évite réaliser des opérations délicates à la souris. Nous verrons cela dans un prochain guide.

2.2.4. Préparer le G-code

• Renseigner les boîtes de dialogue sous "Créer une tâche CNC" (create CNC Job):
  • "Profondeur de gravure" (Cut Z): = 1.6 mm (ne pas oublier le signe "moins").
  • "Hauteur de Survol" (Travel Z): 5 mm (pendant l'usinage, l'outil survole la carte à 5 mm d'altitude quand elle se déplace entre deux portions d'usinage. On peut mettre moins mais l'outil sera plus exposé aux incidents.
  • "Avance" (Feed rate): (unités/mn, càd. mm/mn or inch/mn), la valeur dépend du matériau du substrat et des caractéristiques de l'outil utilisé.
  • "Diamètre d'outil" (Tool dia): = D = 0.764 mm.
  • "Vitesse de la broche" (Spindle Speed): Non applicable sauf si le contrôleur de broche possède une commande de vitesse.
• Cliquer sur le bouton "Générer" (Generate).

2.2.5. Générer le G-code

• Revenir sous l'onglet projet, cliquer sur le nouvel objet créé xxx.gbr_iso_cnc
• Vérifier la position de la ligne épaisse de couleur bleue grâce au pied à coulisse intégré au logiciel Menu "Outil" (Tool), "outil de mesure" (measurement tool).
• changer le diamètre d'outil si nécessaire et mettre le plot à jour.
• Cliquer enfin sur "Export G-code" et sauver le fichier sous un le nom choisi.

Fig. 2.7 : Voici le résultat de la tâche CNC avant d'écrire le fichier G-code sur le disque ..

Fig. 2.8 : Simulation du G-code sous Camotics [2] Cette figure montre la carte comme on l'obtiendrait après l'usinage effectué avec le G-code généré par Flatcam. ..

Etes_vous satisfait avec ce résultat ? S'il s'agit d'un simple rainurage 'tablette de chocolat', on peut passer directement à l'écriture du G-code.

Si le fraisage est traversant, la réponse est: * Certainement pas! *

Il n'y a pas d'attaches entre la carte et son flanc. En conséquence, le détourage doit être la dernière opération à effectuer. A moins que le substrat ne soit maintenu par de l'adhésif double face, toute opération ultérieure d'usinage serait irrémédiablement compromise.

Revenons à l'objet iso. Noter que nous garderons la visibilité du trait pour les opérations futures afin de faciliter les repérages.

2.2.6. Créer des attaches entre la carte et son flanc.

• Editer de nouveau la géométrie, sélectionner le bouton "rectangle".
  • Dessiner un rectangle à cheval sur le chemin extérieur, là ou l'on veut la première attache. La hauteur n'est pas très importante mais la largeur doit être celle que l'on veut obtenir pour l'attache, augmentée d'une fois le diamètre de l'outil.
  • Supposons qu'on veuille une attache de 1 mm. Le diamètre d'outil étant de 0.764 mm (voir ci-dessus), la largeur du rectangle devra mesurer environ 1.75 mm.

Fig. 2.9 : Position des boutons utilisés dans ce paragraphe. ..

• Eviter de boire du café avant cette opération ...
• Pour obtenir une meilleure précision, on peut lire les dimensions au bas de la partie de la fenêtre réservée au dessin (figure ci-dessous). La valeur lue est remise à zéro à chaque clic. Ne pas bouger la souris quand la valeur est obtenue et presser d é l i c a t e m e n t le bouton de gauche (ou bien opérer à deux mains !). Cela libère la forme dessinée et son contour pointillé devient continu.
• Respirer !
• Copier maintenant ce rectangle aux endroits où les attaches devront se situer. Editer de nouveau la géométrie de l'objet si nécessaire.
• Cliquer sur le bouton portant une flèche, sélectionner le rectangle nouvellement dessiné, cliquer sur l'icône "copier objet" (copy object) ou taper 'c' sur le clavier. Pointer de nouveau le polygone à copier, le tirer à l'endroit désiré. Répéter cette opération. Pour la dernière, cliquer une fois seulement avec la souris sinon cela redémarre l'opération de copie.
• Mettre à jour la géométrie.
• Si l'un des rectangles est mal placé, le sélectionner puis taper 'm' sur le clavier ou cliquer sur le bouton "Déplacer objet" (Move object). Tirer la forme. Ne pas oublier de mettre la géométrie à jour après cette opération.
• Pour effacer une forme, la sélectionner puis taper '-' sur le clavier ou cliquer sur "Effacer forme" (delete shape).

Fig. 2.10 : Chemin extérieur avec la présélection des points d'attache

• Nous allons maintenant interrompre le chemin extérieur aux quatre endroits définis pour les attaches:
  • Cliquer sur "Editer la géométrie" (edit geometry), maintenir la touche ctrl enfoncée et sélectionner DANS CET ORDRE: le chemin extérieur puis successivement les quatre rectangles. Ne pas relâcher la touche Ctrl tant que toutes les formes ne sont pas sélectionnées et que le bouton "Couper le chemin" (cut path) n'a pas été pressé.
• Respirer
  • Mettre la géométrie à jour. Le chemin apparaît maintenant interrompu au niveau des attaches.
  • Cliquer de nouveau sur "Editer la géométrie" (edit geometry), ensuite cliquer sur le bouton portant une flèche, presser sur la touche Ctrl et maintenir la pression, cliquer très près des coins de chaque rectangle, en restant cependant le plus loin possible du chemin de détourage. Quand tout est sélectionné, relâcher la touche Ctrl puis cliquer sur "Effacer forme" (delete shape) ou entrer '-' à l'aide du clavier.
  • Mettre la géométrie à jour.

Fig. 2.11 : Interruptions calibrées du chemin de détourage au niveau de chaque attache ..

• Entrer dans la boîte "diamètre d'outil" (tool dia.) une valeur correspondant à la valeur réelle (ici: 0.764) et lancer la tâche CNC.

Fig. 2.12 : Nouveau détourage laissant des points d'attache entre la carte et son flanc ..