Carvera

Die Makera Carvera ist eine CNC-Fräse, die besonders für feine Arbeiten und das Herstellen von Leiterplatten geeignet ist. Hervorzuheben ist ihre Auto-Leveling Funktion und der automatische Werkzeugwechsler. Sie lässt sich aber genau so mit vCarve ansteuern und ist eine zweite CNC-Fräse neben der BZT die für Anfänger geeignet ist.

Technische Daten

Alle technischen Details könnt ihr auch direkt beim Hersteller nachlesen.

Modellbezeichnung:	Carvera Desktop CNC Machine
Typ:	Desktop Fräse
Arbeitsbereich:	X=360mm Y=240mm Z=140mm
Spindel Leistung:	200W
Maximale Drehzahl:	15000 U/min
Spannzange:	1/8 Zoll
Werkzeugwechsel:	automatisch - 6fach
Besonderheit:	Automatisches Leveling

(Werkzeug #6 im Werkzeugwechsler ist im Happylab immer mit einem Dummy-Werkzeug besetzt)

Kosten

Informationen zur Carvera sind in Arbeit, du findest unser Preisblatt hier: Kosten

Einschulung

Termine zur Einschulung findest du in unserem Workshop Kalender, du kannst auch eine Individal-Einschulung buchen.

Handhabung der Carvera - Die Fräse (3min)

Carvera Erklärt: Die Fräse

Handhabung der Carvera - CarveraControl (4min)

Carvera Erklärt: CarveraControl

Handhabung der Carvera - Werkzeug vorbereiten (4min)

Carvera: Werkzeug vorbereiten

Gerber Files aus KiCad exportieren (3min)

Gerber Files aus KiCad exportieren

FlatCAM Erster Start (6min)

FlatCAM: Erster Start und Werkzeugdatenbank importieren

FlatCAM - Vom Gerber File zum CNC Job (18min)

FlatCAM: Einseitige Platinen Fräsen & Postprozessor

Carvera - Job öffnen und fräsen (20min)

Wichtiger Hinweis: Das Auto-Leveling muss permanent überwacht werden um Beschädigung vorzubeugen! Achtet darauf, dass die Probe nicht seitlich in Hindernisse hinein fährt!

Carvera: Einseitige Platine fräsen

Zweiseitige Leiterplatten

Im offiziellen Video des Herstellers zum Fräsen von Leiterplatten mit der Carvera wird auch kurz beschrieben wie man zweiseitige Leiterplatten fräst und diese mit FlatCAM vorbereitet.

Video von Makera, FlatCAM ab 34:10

Lötmaske aufbringen

Mit der Carvera kann man auch Lötmasken auf selbstgemachte Platinen aufbringen.

Dazu gibts im Tool-Rental das "PCB Lötmasken Set für Carvera". Dieses besteht aus Lötlack, einem Roller, einer UV-Lampe und einem spezial Bit zum Entfernen der Lötmaske von den Pads.

Um eine Platine zu fräsen und dabei eine Lötmaske aufzubringen musst du deinen Ablauf etwas anpassen. Das generelle Vorgehen teilt sich in zwei Fräsjobs auf und sieht wie folgt aus:

Erster Fräsjob:

1. Isolieren der Leiterbahnen

Zweiter Fräsjob:

1. Entfernen der Lötmaske von den Pads
2. Löcher bohren
3. Ränder fräsen

Zum Entfernen der Lötmaske kannst du in FlatCAM das Paint-Tool verwenden. Lege dafür ein Werkzeug mit folgenden Parametern an:

• Drehzahl: 6000
• Vorschub XY: 400
• Vorschub Z: 200
• Frästiefe: 0.4

Außerdem muss eine höhere Bahnüberlappung eingestellt werden, ein guter Wert dafür ist 70%.

Der Veränderte Arbeitsablauf an der Maschine sieht dann so aus:

1. Den ersten Fräsjob starten und wie gewohnt die Leiterbahnen fräsen.
2. Staub entfernen und die Platine mit der Messingbürste oder Schleifpapier aufrauen.
3. Mit Kreppband alles abkleben, was nicht lackiert werden soll. Insbesondere Anschlag, Schrauben, Spannpratzen und Maschinenbett!
4. Lötlack möglichst dünn auftragen. Dazu den Roller oder einen Pinsel verwenden. Lieber mehrmals geringe Mengen Lack hinzufügen als beim ersten Mal gleich zu viel. Pinsel oder Roller sofort nach gebrauch reinigen. Den Roller reinigst du am Besten in dem du ihn mit Papier abwischt.
5. UV-Lampe über der Platine aufstellen und den Lötlack aushärten lassen. Je dünner der Lack, desto schneller geht es. Kann schon mal 15-30 Minuten dauern. USB-Anschluss an der Carvera oder am Tablet nutzen.
6. Wenn der Lack vollständig ausgehärtet ist, Kreppband abziehen und mit dem zweiten Fräsjob fortfahren.
7. Wichtig: Für den zweiten Fräsjob nichts neu abmessen! Keine Margins! Keinen Nullpunkt! Kein Abtasten! Es wird der Nullpunkt des ersten Jobs verwendet, damit der Lötlack korrekt entfernt werden kann.
8. Die Platine muss nach dem Fräsen nicht speziell nachbehandelt werden.

Design-Richtlinien

Wenn man eine fertige Platine bei einem Hersteller bestellt gibt dieser in der Regel Design-Richtlinien vor, welche eingehalten werden müssen und von der Herstellungsmethode abhängig sind.

Bei der Carvera sind diese hauptsächlich von den verwendeten Werkzeugen abhängig.

Zum Isolieren wird ein Gravierstichel benutzt der 0.07mm tief ins Material eintaucht. Damit ergibt sich etwa 0.15mm als der Durchmesser einer einzelnen gefrästen Bahn und damit als der dünnste Abstand zwischen zwei Kupferflächen.

Werkzeuge im 24/7 Shop
Bohrer	0.8mm	1mm	1.4mm
diamantverzahnte Fräser	1mm	2mm	3mm
Gravierstichel	30°

Das heißt die minimale Lochgröße mit unseren Werkzeugen ist 0.8mm, gerne könnt ihr eigene Werkzeuge mitbringen, um noch kleinere Bohrungen zu machen.

Für gefräste Slots ist der kleinste Durchmesser 1mm, auch hier könnt ihr für kleinere Slots gerne eigene Fräser mitbringen.

Der Abstand zwischen Leiterbahnen und Pads sind vom Gravierstichel und dessen Durchmesser von etwa 0.15mm abhängig.

Ebenso sollte berücksichtigt werden, dass man keinen Lötstoplack auf der Platine hat, daher können beim Löten leicht ungewollte Verbindungen entstehen. Um dem entgegenzuwirken empfiehlt sich 2-3facher Bahnabstand zwischen Pads und Leitern.

Leiterbahn zu Leiterbahn	min. 0.2mm
Leiterbahn zu Pad	min. 0.5mm	um einfacher löten zu können ohne Lötstoplack
Pad zu Pad	min. 0.5mm	um einfacher löten zu können ohne Lötstoplack

Ein Beispiel für die Design-Richtlinien eines namhaften Herstellers könnt ihr euch hier die Richtlinien von jlcpcb ansehen.

FlatCAM kann keine Linien aus Gerber-Files verarbeiten mit einer Breite von 0. Speziell trifft das auf EAGLE zu, dort werden Dimension-Objekte automatisch mit einer Linienbreite von 0mm abgespeichert, diese werden von FlatCAM ignoriert.

Tipps und Tricks zum Leiterplattenfräsen

• Wenn nicht genau der richtige Bohrer zur Hand ist, kann man Löcher entweder Fräsen oder einen Bohrer mit ähnlicher Größe benutzen. Dabei aber Vorsicht, wenn man ein 0.8mm Loch mit einem 1mm Bohrer bohrt kann es sein, das das Kupferpad für eine gute Lötverbindung dann zu klein wird!
• Für Leiterplatten mit 230V Anschlüssen ist eine breitere Isolation notwendig. Um das zu erreichen, kannst du entweder die ganze Platine mit FlatCAM breiter isolieren (Isolation Routing → Passes → 5+) oder du verschiebst die Leiterbahnen mit 230V im CAD Programm auf einen eigenen Layer und exportierst sie als eigenes Gerber File. Für dieses machst du dann Isolation Routing mit dem 2mm Fräser.
• Beispiel für ca 3,5mm Isolationsfräsung mit 2mm Fräser: https://imgur.com/qDElDPp
• Lötaugengröße generell deutlich größer als bei industriellen Leiterplatten - möglichst so, dass der Fräser in exakt die gleiche Nut beim benachbarten fährt  zB 2,22 * 2,22   für 2,54 RM  (zB bei Durchführung zwischen RM 2,54:  Lötauge: 2,22 * 1,44   Leiterbahn 0,48  Aura 0,3). Wichtig auch bei Leiterbahnen sodass keine dünnen Kupferinseln bleiben. Sehr dünne Kupferinseln durch abbürsten bzw. mit Messer o.ä. entfernen.
• Für Handlötung sollen Lötaugen auch bei SMD Bauelementen größer sein, damit die Lötkolbenspitze noch "Platz" hat (und nicht im Isolationskanal eine Lötbrücke erzeugt = Kurzschluss).

4-Achs fräsen

Carvera: Fräsen mit der 4ten Achse

2D und 3D Fräsen

Das 2D und 3D Fräsen mit der Carvera ist sehr ähnlich zum Fräsen mit der BZT. Daher sind hier die Videos für die BZT verlinkt.

Wichtig:

• Werkzeugnummern dürfen nur 1-5 sein. Nummer 6 kann verwendet werden, wenn zuerst manuell das eingespannte Werkzeug entfernt wird.
• Die maximale Drehzahl der Carvera ist 15000U/min, dieser Wert muss im Schnittdatenrechner und bei den Werkzeugen in vCarve eingestellt werden!
• Als Postprozessor in vCarve wird der Postprozessor Carvera ATC verwendet!

CNC-Fräse: Einschulung für die BZT Fräse

CNC-Fräse: 3D Fräsen am Beispiel der BZT Fräse

Downloads

KiCad

https://www.kicad.org/

Verfügbar für Windows, Linux und macOS

Splashscreen von FlatCAM

FlatCAM

http://flatcam.org/

Hier findet ihr den FlatCAM Download für Windows: https://bitbucket.org/jpcgt/flatcam/downloads/

Für Linux und macOS findet ihr hier eine Anleitung: http://flatcam.org/manual/installation.html

(Mit Linux hat es leider bei mir nicht funktioniert)

Werkzeugdatenbank mit unseren Werkzeugen, aktuelle Version 1.2:

FlatCAM Happylab ToolDatabase.zip (1KB) [info] Werkzeugdatenbank für FlatCAM

FlatCAM Carvera Postprozessor

Da FlatCAM und Carvera noch nicht 100 % kompatibel sind und die offizielle CAM von Makera noch auf sich warten lässt haben wir einen kleinen Postprozessor in Python geschrieben.

Ihr findet diesen für Windows und Linux hier: https://github.com/wilderMann/HL-Carvera-FlatCAM-PP/releases/latest

Link für Windows

Link für Linux

Was macht dieses Programm?

• FlatCAM gibt dir pro Arbeitsschritt ein CNC File aus, diese kannst du hiermit sortieren und zusammenführen
• Carvera erwartet im G-Code nach dem Werkzeugwechsel sofort den Code M6, was unüblich ist. Der Postprozessor kümmert sich darum.
• FlatCAM lässt dich nicht direkt Werkzeugnummern auswählen, um nicht die Werkzeuge im G-Code eintragen zu müssen stellen wir hier eine grafische Oberfläche dafür bereit.
• Am Ende des Jobs bleibt die Carvera direkt über dem Werkstück, mit einer Option fährt die Carvera zurück zum Werkzeugwechsler
• Makera empfiehlt die Spannzange der Carvera nicht über längere Zeit leer zu lassen, um nicht manuell das Dummy-Werkzeug aus #6 wechseln zu müssen wird dies am Ende des G-Codes angehängt.

Carvera Werkzeugwechsler Kragen

1/8" Werkzeuge mit 3D gedruckten Kragen

Für den Werkzeugwechsler braucht es einen Kragen mit 7,6mm Außendurchmesser, ~6,5mm Höhe und Innendurchmesser für 1/8" (3,175mm).

Werkzeuge mit einem Schaftdurchmesser von 3mm können aus der Spannzange heraus rutschen!

Zum selber 3D Drucken findet ihr hier Dateien:

Zu finden auf Printables.com

Postprozessoren für vCarve und Fusion360

Postprozessoren für die gängigen Programme wie Fusion360 und vCarve findest du auf der Herstellerseite.

https://www.makera.com/pages/software#FusionVCarve