Cómo fabricar una PCB usando impresión 3D y cinta de cobre


Si alguna vez has querido fabricar tus propias placas de circuito impreso sin lidiar con productos químicos o procesos complejos, el método que te voy a contar puede interesarte. Se trata de combinar una impresora 3D con cinta de cobre conductora para obtener PCBs funcionales, con formas personalizadas y sin necesidad de taladrar después. A continuación te explico todo el proceso paso a paso, desde el diseño electrónico hasta el montaje final.

El método en resumen

La idea es sencilla: en lugar de grabar cobre sobre una baquelita, imprimimos en 3D una estructura plástica que hace de sustrato. Sobre ella, aplicamos el cobre autoadhesivo (comercialmente se vende en forma de cinta o en planchas de cobre) siguiendo los recorridos de las pistas. Los taladros para los componentes se diseñan directamente en el modelo 3D, y los cruces de pistas se resuelven con pequeños puentes de cable. El resultado es una placa de una sola cara, con buena conductividad y sin necesidad de vías.

Diseño electrónico en EasyEDA

El punto de partida es el diseño del circuito en EasyEDA. Aquí hay que tener en cuenta que trabajaremos con una sola capa, por lo que conviene configurar las reglas de diseño con unos valores específicos. Para el ancho de pista usaremos 2,5 mm como valor preferido, con un mínimo de 2 mm. El espaciado entre pistas debe ser de al menos 1,5 mm para evitar cortos accidentales. Las vías se deshabilitan por completo, tanto en diámetro como en taladro, ya que no las vamos a usar.

Es importante rutear manualmente, forzando todo en la capa inferior (BottomLayer). Si hay cruces inevitables, podemos utilizar resistencias de 0 o pequeños jumpers que luego implementaremos físicamente con cable. Al finalizar, exportamos la capa de cobre como imagen o archivo DXF a escala 1:1, y también generamos la lista de taladros para tener las posiciones exactas.

En resumen esta es la configuración de reglas de diseño para EasyEda:

ParámetroValorMotivo
Track Width2.5 mm (preferido) / 2.0 mm (mínimo)Ancho suficiente para cinta de cobre
Clearance1.5 mmSeparación entre pistas para evitar cortos
Via Diameter0 mm (o el mínimo admitido)No se usan vías (se reemplazan por puentes)
Via Drill Diameter0 mm ( o el mínimo admitido)No se usan vías
Routing LayersSolo BottomLayerDiseño de una sola cara
Permitir víasNOForzar diseño sin vías

Nota : ciertamente EasyEDA por defecto no permite una sola capa de PCB, pero siempre intentara el autoroute minimizar el numero de capas por lo que si es posible usara una sola capa. además por supuesto también podemos probar a hacer el ruteo manual. Por otro lado , también seria factible mediante este método fabricar PCB de doble cara siempre que el lado de los componentes se puedan disponer estos

Diseño del modelo 3D

Con la referencia del layout pasamos al modelado 3D, por ejemplo en Fusion 360 o SolidWorks. Creamos una base de 2 mm de espesor que será el cuerpo de la placa. Sobre ella, dibujamos los canales que seguirán las pistas, con una profundidad de 0,5 mm. El ancho de estos canales debe ser ligeramente mayor que el de la cinta, así que si usamos cinta de 2,5 mm, haremos canales de 2,7 mm.

Los taladros para los componentes se modelan directamente como cilindros que atraviesan toda la base. Los diámetros dependen del componente: para resistencias y diodos usaremos 0,9-1,0 mm; para condensadores electrolíticos y pines de cabecera, entre 1,0 y 1,2 mm; y para terminales de tornillo o conectores grandes, hasta 2,0 mm.

En cada taladro también diseñamos un área hundida que actuará como pad. Se trata de un círculo de 3 mm de diámetro con una profundidad de 0,5 mm, concéntrico con el taladro. El canal de la pista debe conectar con el borde de este pad para que la cinta llegue hasta allí sin escalones.

Para los cruces de pistas que no se pudieron resolver en el diseño, modelamos puentes integrados. La opción más práctica es crear dos taladros pequeños de 0,8 mm separados entre 5 y 10 mm, unidos por un canal superficial de 0,5 mm de profundidad. Por ahí pasaremos un cable de cobre estañado que soldaremos en ambos extremos.

Resumen estructura de la placa (parámetros en CAD)

ElementoDimensiónFunción
Base estructural2.0 mm de espesorRigidez y soporte
Canales para pistas0.5 mm profundidadGuiar y alojar la cinta de cobre
Ancho de canalTrack Width + 0.2 mmHolgura para la cinta
Pared entre canales1.5 mm (Clearance)Aislamiento entre pistas

Resumen taladros para componentes (THT)

ComponenteDiámetro de taladro
Resistencias, diodos0.9 – 1.0 mm
Condensadores electrolíticos0.8 – 1.2 mm
ICs DIP, header pins1.0 – 1.2 mm
Terminales de tornillo1.5 – 2.0 mm

Todos los taladros deben atravesar completamente la base (2.0 mm)

Resumen pads para soldadura

  • Área hundida: 3.0 mm de diámetro, 0.5 mm de profundidad
  • Taladro central: según componente
  • Conexión: El canal de pista debe conectar con el borde del pad

Impresión 3D de la placa

A la hora de imprimir, elegimos un filamento aislante como PLA, PETG o ABS. Es recomendable usar una altura de capa de 0,12 a 0,16 mm para que los taladros y canales queden bien definidos. La orientación debe ser con los canales hacia arriba, y no serán necesarios soportes si los taladros son verticales. Tras la impresión, verificamos que todos los taladros estén abiertos y limpiamos los canales de posibles rebabas con una lija fina o un cúter.

Parámetros de impresión

ParámetroValor
FilamentoPLA, PETG o ABS (aislante)
Altura de capa0.12 – 0.16 mm (para precisión en taladros)
Boquilla0.4 mm
Relleno20-40% (100% en zonas de pads opcional)
OrientaciónCanales y pads hacia arriba
SoportesNo necesarios para taladros verticales

Aplicación de la cinta de cobre

La cinta de cobre debe tener adhesivo conductor para garantizar la continuidad eléctrica. Los anchos más prácticos son 3 mm o 5 mm, aunque podemos cortar tiras más estrechas si es necesario. Colocamos cada tramo de cinta dentro de su canal correspondiente, presionando bien con una espátula o un palillo de bambú para que se adhiera en curvas y esquinas. En los pads, dejamos que la cinta cubra toda el área hundida. Si dos tramos de cinta deben unirse, soldamos la superposición para asegurar la continuidad.

Instalación de puentes y componentes

Los puentes de cable se montan primero. Insertamos un cable de cobre estañado de 0,5 a 0,8 mm en los dos taladros diseñados para ello, y soldamos ambos extremos sobre la cinta de cobre. El cable debe quedar alojado en el canal superficial para que no sobresalga.

A continuación colocamos los componentes. Si son THT (de agujero pasante), insertamos los pines en sus taladros y soldamos cada uno al pad de cinta. Para componentes SMD, los situamos sobre los pads y soldamos directamente con estaño. Es conveniente usar fundente para facilitar la soldadura, especialmente porque la cinta de cobre disipa calor rápidamente y requiere algo más de tiempo con el soldador.

Pruebas y acabado final

Antes de dar por terminada la placa, hacemos una comprobación con el multímetro: verificamos la continuidad de cada pista y nos aseguramos de que no haya cortos entre pistas adyacentes. Si todo está correcto, podemos aplicar una capa de barniz aislante para proteger las pistas de la humedad o de posibles contactos accidentales. También podemos diseñar e imprimir una tapa que encaje sobre la placa si el proyecto lo requiere.

Ventajas y limitaciones del método

Este sistema tiene varias ventajas interesantes. La conductividad es excelente por ser cinta de cobre, no se utilizan productos químicos ni procesos de grabado, y los taladros ya vienen integrados en la impresión, ahorrando trabajo de mecanizado. Además, podemos dar formas complejas a la placa e incluso integrar soportes o carcasas en un mismo conjunto impreso.

Como limitaciones, el ancho mínimo de pista es de unos 2 mm, lo que impide trazos muy finos. No es adecuado para circuitos de alta frecuencia, y la corriente máxima que puede manejar una pista de 3 mm de ancho ronda los 2-3 amperios. Por último, el proceso requiere paciencia en el montaje manual, aunque el resultado es muy gratificante.

Con este método puedes obtener PCBs completamente funcionales en tu propio taller, combinando la precisión de la impresión 3D con la fiabilidad del cobre. Si te animas a probarlo, verás que es una alternativa muy práctica para prototipos o para proyectos que requieren formas personalizadas.

Cómo conseguir gratuitamente Fusion 360


Es cierto que existen programas de  diseño de  piezas en 3d  gratuitos de mucha calidad como el sw Blender ( antes de pago  y ahora gratuito ) o del famoso OpenScad, programa del que hemos hablado en este  blog en varias ocasiones, pero hoy vamos a hablar Fusion 360 , una herramienta del famoso fabricante AutoDesk  destinado a ser a ser  software 3D CAD / CAM con capacidades profesionales, pero  de modo más amigable con el usuario que otros programas profesionales de modelado en 3D de cuerpo sólido incluso del  propio AutoDesk

Este sw  es muy completo , pues en contraposición de otros  programas abarca todo el proceso de planificación, pruebas y ejecución de un diseño 3D , siendo por elllo  uno de los mejores programas de diseño 3D para especialistas en diseño 3D e ingeniería . Además, es capaz de simular la construcción de los componentes diseñados, así como las tensiones a las que se enfrentarán una vez que se ponen a su uso.

Por  supuesto  cuenta  con potentes herramientas paramétricas y herramientas analíticas de malla que se adaptan a la mayoría de los retos en el diseño industrial.

Fusion 360 tiene un excelente soporte para la impresión 3D, aunque si bien es cierto que  se pueden  tratar con el famoso programa Cura  . Los modelos  que tratemos también se pueden importar directamente en Autodesk Printing Studio, que guía cómodamente al usuario hacia  un archivo imprimible en 3D. Incluso puede encontrar las herramientas necesarias para reparar la malla, si es necesario, y una vista previa del proceso de impresión.

En el siguiente vídeo podemos ver un ejemplo de la potencia de este programa

Por cierto , el ejemplo  que podemos ver en el vídeo , se puede descargar desde  https://gallery.autodesk.com/fusion360

Este programa es de pago par su uso profesional , pero afortunadamente  existe una licencia gratuita tanto para su uso no profesional  para los aficionados  como para su uso en educación. Veamos los pasos a seguir para  obtener un acopia legal gratuita de este estupendo programas lider en modelado de piezas en 3d:

Instalación Fusion 360

En primer ligar   tendrá que registrase en la web de Autodesk  ,  si es que  aun no tiene cuenta en AutoDesk

Ahora nos iremos  al   apartado de descarga de  la versión gratuita de 30 días   desde el sitio web de Autodesk o el sitio web de Autodesk Education.

Nos pedirá aun logados en la web algunos datos básicos  como el nombre , e-mail  y un teléfono  y en seguida  podemos empezar a descargar el sw

Una vez descargado ejecutaremos el instalador  . Para activar la licencia de nueva empresa o la licencia educativa, debe

  • Las licencias de nueva empresa o aficionado gratuitas permiten acceder a Fusion 360 con una suscripción anual tras finalizar el período de prueba. Puede usar este tipo de licencia si la suya es una pequeña empresa con ingresos inferiores a 100.000 $ al año (o una cantidad equivalente). También puede usarla si es un aficionado que usa Fusion 360 para fines no comerciales.
  • Las licencias educativas pueden tener dos versiones. La licencia educativa que se muestra en la primera sección siguiente es una licencia individual. Para las instituciones educativas, puede que sea mejor utilizar la instalación para clases en grupo. Si es docente o administrador y desea instalar Fusion 360 en su centro educativo, visite la segunda sección para obtener instrucciones sobre la instalación para clases.

Cuando inicia Fusion 360, se muestra un reloj de cuenta atrás de una versión de prueba. Desea saber cómo seleccionar la opción de licencia de nueva empresa o aficionado gratuita o de licencia educativa gratuita.

Botón para suscribirse en Fusion 360

Para activar la licencia de aficionado,  nueva empresa o la licencia educativa (individual):

  1. Seleccione el contador de versiones de prueba en la barra de herramientas superior de Fusion 360.
  2. En el siguiente cuadro de diálogo, indique para qué desea utilizar Fusion 360. La opción «Continuar» estará disponible tras seleccionar un uso principal.Imagen añadida por el usuario
  3. Después de hacer clic en «Continuar», aparecerá el cuadro de diálogo siguiente. Haga clic en «Comprar ahora» para comprar Fusion 360. Esta acción le dirigirá al sitio web de Fusion 360.Para registrarse y obtener una licencia gratuita, haga clic en la opción para descubrir si cumple los requisitos.Imagen añadida por el usuario
  4. Después de hacer clic en la opción para descubrir si cumple los requisitos, verá la pantalla siguiente. Seleccione el tipo de licencia que desea solicitar.

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Después de seleccionar el tipo de licencia, Fusion 360 le solicitará la información adecuada. Si seleccionó una licencia individual o de aficionado, aparecerá el cuadro de diálogo siguiente:

Imagen añadida por el usuario

Tras rellenar la información necesaria, podrá hacer clic en el botón Continuar. De este modo, se completará el proceso de registro para obtener una licencia personal o de aficionado.

Si seleccionó la licencia de nueva empresa en el paso 4, aparecerá el cuadro de diálogo siguiente:

Imagen añadida por el usuario

Tras rellenar la información necesaria, el botón «Continuar» se mostrará en azul, lo cual le permitirá completar el proceso de registro para obtener una licencia de nueva empresa.

Después de completar los procedimientos para estudiantes o nuevas empresas, aparecerá el cuadro de diálogo siguiente. De este modo, podrá ver la licencia que ha registrado y, si hace clic en la opción para comenzar a utilizar Fusion 360, se abrirá el programa de nuevo.

Imagen añadida por el usuario

!Enhorabuena  ya puede disfrutar de este programa sin ninguna limitación temporal

Si no le convence este programa , hay  otros  programas gratuitos de modelado. Algunos programas de modelado en 3d  mas famosos :

Y  en esta lista , veremos  varios enlaces de bibliotecas de objetos en formato stl: