Support pour souder un circuit imprimé¶

Cet objet est un outil de type troisième main, spécialisé pour le câblage des circuits imprimés. Son utilisation permet d'insérer l'ensemble des composants de même hauteur puis de les souder sans plus se préoccuper de leur tenue.

On en trouve dans le commerce de plusieurs sortes, de toutes les qualités et à tous les prix, sans savoir forcément corréler l'une à l'autre. Plusieurs autoconstructeurs ont par ailleurs publié leur réalisation, qui a largement servi de source d'inspiration pour celui présenté ici.

1. Spécifications¶

- Ce support permet de souder un circuit imprimé d'environ 200x250 mm²
- Un réglage par glissière sur deux tubes permet de s'adapter à toutes les tailles inférieures
- Un pivot permet de retourner le circuit pour souder les composants traversants
- Un système de bras maintient les composants retournés

2. Composition pour un support à deux bras¶

2.1. Éléments standards¶

Si certains choix découlent de la conception, d'autres éléments ont bénéficié de leur présence dans mes tiroir ou au magasin local. Il est tout à fait possible d'en utiliser d'autres moyennant quelques adaptations.

- 16 boulons M3x12 tête ronde
- 6 boulons M3x25 tête ronde
- 2 boulons M3x30 ou 40 pour les presses
- 4 boulons M5x30 tête hexa
- 2 boulons M6x80 tête hexa
- 5 ressorts de diamètre ext. 8, longueur à ajuster à la pince coupante : 12 (x2), 4 et 25 (x2)
- 2 tubes diamètre 10 longueur 350
- 4 pieds adhésifs en caoutchouc
- 1 cercle de diamètre 40 découpé dans un tissu en coton

2.2. Éléments à imprimer¶

Le script shell génère automatiquement l'ensemble des fichiers à imprimer dans les quantités nécessaires vers le répertoire "exports". Il suffit alors de les importer tous à la fois dans le trancheur, sans crainte d'erreur quantitative.

Repère Nomenclature	Module OpenSCAD	Quantité	Fichier export *.stl
1	bras_inf()	2	support_item_[1;11].stl
2	M5knob()	4	support_item_[2;3;12;13].stl
3	bras_sup()	4	support_item_[4;5;14;15].stl
4	machoirePCB()	2	support_item_[6;16].stl
5	cale()	2	support_item_[7;17].stl
6	cale(lisse)	2	support_item_[8;18].stl
7a	poigneeExterne()	2	support_item_9.stl
7b	poigneeExterne()	2	support_item_19.stl
8	poigneeInterneLongue()	1	support_item_10.stl
9	poigneeInterneCourte()	2	support_item_20.stl
10	metriccano_strip(18)	2	metric_item_[1;9].stl
11	metriccano_strip(9,olv)	2	metric_item_[2;10].stl
12	olv_tube()	4	metric_item_[3;4;11;12].stl
13	olv_presse()	2	metric_item_[5;13].stl
14	olv_presse(taille=20)	2	metric_item_[6;14].stl
15	olv_presse(taille=30)	2	metric_item_[7;15].stl
16	olv_manette()	2	metric_item_[8;16].stl

La poignée externe générée en version cannelée (rep. 7 a ) et en version lisse (rep. 7 b )

3. Paramètres d'impression¶

Les paramètres du trancheur sont réglés sur structural avec modification du remplissage pour 10% en gyroïde et choix de supports partout.

Prévoir environ 360g / 120m de PLA.

Il est possible d'imprimer l'ensemble des pièces d'un coup sur une Prusa XL en 28h, ou-bien en deux fois sur une Prusa de taille plus standard (mk4), prévoir alors 11h + 9h30.

4. Montage¶

4.1 Les triangles principaux¶

La photo d'un des triangles et l'éclaté de la nomenclature permettent de deviner le montage ... à quelques subtilités près qui sont reprises ci-après.

Le pivot de chacune des mâchoires est réalisé par :
- les cales (rep. 5 et 6) en appui sur le sommet supérieur du triangle (rep. 3 et 3)
- la poignée externe (rep. 7x) et la mâchoire (rep. 4) en appui plan sur les cales
- le boulon M6 qui en assure le guidage en rotation et le maintien

Le sens de montage du boulon M6 est le suivant : la tête de vis est logée dans la poignée interne et l'écrou dans la mâchoire. Il doit être serré en butée, une partie de la mâchoire joue alors le rôle de contré écrou pour empêcher le desserrage lors des rotations.

Le placement des ressorts de part et d'autre du pivot est différent suivant le triangle considéré, le côté de la courte poignée interne est en marron sur le schéma, celui de la longue poignée interne est en bleu.
- côté marron : un ressort de 4 mm du côté de la poignée externe lisse (rep.7 b ), un ressort de 12 mm du côté de la mâchoire
- côté bleu : uniquement un ressort de 12 mm du côté de la mâchoire, rien du côté de la poignée externe cannelée (rep.7 a )

Le pivot du côté bleu reçoit un cercle de coton pour réduire les frottements.

4.2 Les bras¶

Les petits tubes (rep. 12) permettent d'assurer une articulation des bras entre eux et sur la mâchoire, indépendante du serrage des vis. A l'extrémité des bras le ressort de 25 mm se monte entre le bras et la presse. Le choix de la taille de la presse (rep. 13, 14 ou 15) dépend de la taille des composants à maintenir et de l' altimétrie de leurs voisins.

5. Tests¶

5.1. Ce qui fonctionne¶

Après un premier test sur une carte "simple", on constate qu'un ensemble de composants de hauteur proche peut être maintenu d'un seul coup par un bloc de mousse.

LEDs, résistances et condensateurs céramique tiennent correctement ensemble,
et on peut tous les souder en même temps.

En quelques étapes la carte est alors rapidement câblée.

Pour les opération plus délicates de réparation, il est possible d'éviter des étapes de démontage.
Par exemple ici, on évite de décâbler les fils dans le boîtier pour remplacer un condensateur sur le circuit imprimé.

5.2 Et ce qui fonctionne un peu moins¶

La presse glisse mal dans son logement quand elle force sur le bras.
Pour les montage un peu "lourds" la vis M6 a tendance à se dévisser si on tourne dans le mauvais sens.
Dans ces deux cas, on s'en sort avec une deuxième main... une fois qu'on a posé le fer à souder quelque part.

6. Fonctionnement¶

La glissière d'ajustement à la longueur du circuit est assurée par le déplacement des triangles sur les tubes. Le circuit peut alors être mis en place ou enlevé par mouvement latéral de la mâchoire du côté de la petite poignée interne (côté marron).

Les cannelures sur la poignée externe (côté bleu) bloquent la rotation du pivot. En les débrayant la rotation devient possible (le cercle de coton limite les frottements et empêche le desserrage des vis M6). Le débrayage se fait en tirant sur la poignée externe, en appui sur la poignée interne longue (rep. 8). La poignée externe lisse (côté marron) rend possible la rotation de l'ensemble d'une seule main.

7 Notes diverses¶

7.1 Améliorations éventuelles¶

coller des empreintes mousse sous les presses
tester une autre fixation (
- élastique entre les 2 mâchoires
- mousse
)

Prévoir des mâchoires plus génériques pour fixer des accessoires dédiées:
- souder deux fils bout à bout
- câbler un connecteur spécifique
- etc ...

7.2 Si c'était à refaire¶

Choisir la couleur marron pour la poignée externe cannelée, c'est plus pédagogique ;-)

Les cônes tronqués aux extrémités des bras rendent la fixation des pied caoutchouc hasardeuse et montage des triangles délicat, les remplacer par des cylindres plus classiques supprimerait cet inconvénient.

Certains fichiers OpenSCAD posent problème lorsqu'ils sont ouverts nativement dans FreeCAD, par exemple les molettes d'écrou. Minkovsky() semble en être la cause, voir comment s'en passer...

Le nombre de pièces met à mal les ressources de l'ordi lorsqu'elles sont toutes affichées, à y réfléchir il serait plus rapide d'écrire :
- un fichier OpenSCAD par pièce et adapter le script de génération
- décrire et tester (virtuellement) le montage dans FreeCAD

8. Fichiers¶

• M5-knob-v2.scad : module poignée d'écrou M5
• metriccanolv.scad : fichier OpenSCAD pour les bras repères 10 à 16
• supportPCB.scad : fichier OpenSCAD pour les triangles principaux repères 1 à 9
• exportSTL : script de génération des fichiers stl
• supportPCB.3mf : disposition exemple pour impression, attention il est nécessaire de réimporter les pièces pour prendre en compte les éventuelles modifications

9. Pages de références / Sources d'inspiration voire de réutilisation¶

1. PCB Frame Workbench de johnnyfp
Creative Commons - Attribution license

2. Metricano de PaulSchulz
GPL V3 or later

3. Parametric OpenSCAD Knob Generator de nat_blundell
Creative Commons - Attribution license

4. La solution de ellemenno à comment exporter des modules OpenSCAD un par un avec un joli script shell pour automatiser le tout

...et un grand merci à leurs auteurs.