Лазерный гравер и перьевой плоттер из легкодоступных материалов
Постоянные посетители сайта уже знакомы с работами данного мастера. Это такие работы, как «Станок для намотки катушек», «Магнитная левитация с помощью катушки соленоида» и последняя работа, частично пересекающаяся с данным ЧПУ-станком «ЧПУ-плоттер из легкодоступных материалов».
В данной статье мастер расскажет, как построить самодельный 3-осевой станок с ЧПУ с рамой и опорами из труб из ПВХ и акриловых листов. Станок имеет два режима работы: черчение и лазерная гравировка.
Работу станка можно посмотреть на видео.
Инструменты и материалы:
-3- х осевая плата управления GRBL с поддержкой лазерного гравера;
-Лазерный модуль мощностью 2500 мВт;-Драйвер шагового двигателя A4988 — 3 шт;
-Шаговый двигатель NEMA 17 — 3 шт;
-GT2 6мм закрытый зубчатый ремень длина 200 мм — 2 шт;
-GT2 Шкив 20 зубьев — 2 шт;
-GT2 Шкив ГРМ 60 зубьев — 2 шт;
-Круглый вал диаметром 8 мм, длина 400 мм — 3 шт;
-Три ходовых винта T8, шаг 2 мм, шаг 8 мм, длина 400 мм с медной гайкой;
-Шариковые фланцевые подшипники 8 x 22 x 7 мм — 20 шт;
-Алюминиевая муфта с гибким валом, размер внутреннего отверстия: 5 мм x 8 мм;
-Алюминиевая муфта с гибким валом, размер внутреннего отверстия: 10 мм x 10 мм;
-Блок питания 12 В постоянного тока;
-Прозрачный / белый акрил, размер A4, толщина не менее 5 мм;
— Медно-латунные проставки L-5 / 10мм;
-Ленточный кабель 1 метр x 8P / 16P;
-Кабельные стяжки;
-Неодимовые магниты;
-Крепеж M3 / M4;
Трубы ПВХ и фитинги
-Колено ПВХ Ø 42 мм — 8 шт;
-Прямой соединитель для труб ПВХ Ø42 мм — 8 шт;
-Тройник ПВХ Ø 42 мм — 14 шт;
-Крестовина ПВХ Ø42 мм — 3 шт;
-Заглушка ПВХ Ø42 мм — 16 шт;
-Заглушка ПВХ Ø60 мм — 6 шт;
-ПВХ переходник Ø60мм — Ø42мм — 3 шт;
-ПВХ переходник Ø50мм — Ø42мм 2 шт;
-Два метра ПВХ трубы Ø42 мм и Ø60 мм;
-Сверлильный станок;
-Ножовка;
-Ручная шлифовальная машина;
-Паяльные принадлежности;
-Ножницы;
Шаг первый: подключение
Мастер использовал контроллер на основе GRBL для 3-осевого станка с ЧПУ, и он поддерживает лазерное управление.
Схема подключения:
Подключение трех драйверов шагового двигателя A4988 к контроллеру ЧПУ в положениях метки X, Y и Z.
Подключение кабелей от контроллера ЧПУ к трем шаговым двигателям.
У лазерного модуля есть 3 провода, подключенные к розетке: красный (12 В +) , черный (GND) , желтый (PWM), и он подключается к 3-контактному штыревому разъему лазера на контроллере ЧПУ с той же меткой.
Параметры данного лазерного модуля указаны на паспортной табличке:
Длина волны: 450 нм .
Выходная мощность: 2,5 Вт .
Шаг второй: изготовление рамы
Мастер собрал раму из ПВХ деталей. Размеры рамы по горизонтали L480 x W480 мм и по вертикали W480 x H550 мм.
Для сборки рамы нужны:
10 шт. ПВХ тройники Ø 42 мм.
Отводы из ПВХ Ø42 мм, 6 шт.
8 шт x прямые ПВХ соединители Ø 42 мм.
2 штуки ПВХ переходники Ø 60 мм — Ø 42 мм.
И некоторые соединительные трубы из ПВХ Ø 42 мм и Ø 60 мм.
Оси X и Z: установлены на вертикальной раме.
Ось Y: установлена на горизонтальной раме.
Шаг третий: подготовительные работы
Для сборки плоттера необходимо в заглушках ПВХ проделать отверстия для ходовых винтов и направляющих. Для сверления он использовал сверла 8 мм и 22 мм.
Нужно просверлить:
-Одно отверстие Ø 22 мм на заглушке Ø 42 мм — всего 14 шт.(ля установки направляющих и ходовых винтов осей X и Y).
-Одно отверстие Ø 10 мм на заглушке Ø 42 мм — всего 2 шт (для медных гаек ходовых винтов). Мастер использовал сверло на 8 мм, затем осторожно рассверлил эти отверстия , чтобы медные гайки можно было плотно вставить в отверстия.
-Два отверстия — Ø 22 мм и Ø 8 мм — на заглушке Ø 42 мм — всего 4 шт. (ля крепления оси Z)
-Отверстия — Ø 22 мм и 8 мм — на торцевой крышки 60м м — всего 4шт (для крепления шагового двигателя оси Z и оси Z рабочей базы). Один из них используется для крепления шагового двигателя, поэтому в нем нужно просверлить еще 4 небольших отверстия.
Шаг четвертый: сборочные работы по оси Z
Все торцевые заглушки Ø60 мм для крепления оси Z должны быть обрезаны до нужной длины, чтобы увеличить рабочее пространство оси Z.
Устанавливает шаговый двигатель Z и соединяет с ходовым винтом 400 мм с помощью муфты 5 x 8 мм.
Присоединяет основания двигателя к оставшейся торцевой крышке и устанавливает вал в отверстия диаметром 8 мм.
С другого конца устанавливает две заглушки.
Шаг пятый: ось X
Ось X построена из 2х крестовин ПВХ. После разрезания и соединения 2 крестовин он установил 6 торцевых заглушек Ø42 мм с подшипниками и медными гайками на шести концах крестовин.
Ось Z будет «опираться» на базу оси X. В нее устанавливаются ходовой винт и направляющая, собранные в предыдущем шаге. Чтобы он не соскальзывал во время работы, мастер установил 2 медные гайки на верхнюю и нижнюю торцевые крышки.
Дальше мастер вырезал одну акриловую пластину размером 150 x 230 мм, просверлил 8 маленьких отверстий для установки шагового двигателя X и контроллера P-CNC. Затем эта акриловая пластина была соединена с рамой ЧПУ двумя большими отверстиями, диаметр которых равен внешнему диаметру трубы Ø42.
Устанавливает в эти отверстия соединительные трубки и блокирует их торцевыми заглушками с рабочей стороны шагового двигателя.
Устанавливает ось Z на рабочее основание оси X.
Предварительно собирает со шкивами с 20 и 60 зубьями и ремнем 200 мм.
Устанавливает оси X и Z на основную раму станка.
Шаг шестой: сборка оси Y
Ось Y сделана из 2 тройников ПВХ, которые были соединены вместе. Мастер установил 4 торцевых заглушки Ø42 мм с подшипниками и медной гайкой на четырех концах тройников.
Как и в случае оси X, на одной акриловой пластине размером 50 x 230 мм просверлено 4 маленьких отверстия для установки шагового двигателя Y и 2 больших отверстия для крепления к основной раме.
Предварительно собирает ось Y со шкивами 20 и 60 зубьев и зубчатым ремнем 200 мм.
Устанавливает оси Y на основную раму станка.
Шаг седьмой: рабочий стол
В качестве рабочего стола мастер использовал черно-белую доску формата A4. Перед тем, как соединить основание оси X с рабочей платформой болтами, он вставил 2 акриловых листа толщиной 5 мм, чтобы сделать зазор между рабочей платформой и другими опорами.
Шаг восьмой: держатель лазерного модуля
В рабочем основании оси Z мастер сверлит два отверстия и закручивает два винта. С помощью этих 2 болтов можно легко переключаться между 2 режимами работы: режим перьевого черчения или режим лазерной гравировки.
Дальше нужно отрезать от соединителя Ø50мм — Ø42мм трубку диаметром 42 мм. Трубка разрезается и во внешней ее части вырезаются две канавки так, чтобы они попали точно на грани лазерного модуля.
Затем узел устанавливается в отрезанную часть диаметром 50 мм.
Дальше к рабочей части оси прикручиваеться ПВХ-трубка 50 мм. Лазерный модуль устанавливается в нее.
Шаг девятый: держатель ручки
Для крепления ручки вырезает небольшой акриловый лист и сверлит в нем 4 отверстия. Два отверстия используются для установки гибкой муфты 10х10 мм (для зажима ручки), а два других отверстия используются для соединения с Z-рабочим основанием.
Шаг десятый: монтаж и подключение платы управления ЧПУ
Дальше устанавливает плату управления ЧПУ на акриловую опору оси X и подключает всех провода к шаговым двигателям и лазерному модулю.
Кабельные стяжки, обмотка кабеля использовались для крепления всех проводов.
Шаг одиннадцатый: параметры GRBL
Параметры GRBL для станка перечислены в таблице ниже:
$32 1.000 Laser-mode enable
$100 1066.667 X-axis travel resolution
$101 1066.667 Y-axis travel resolution
$102 800.000 Z-axis travel resolution
$110 500.000 X-axis maximum rate
$111 500.000 Y-axis maximum rate
$112 500.000 Z-axis maximum rate
$120 20.000 X-axis acceleration
$121 20.000 Y-axis acceleration
$122 10.000 Z-axis acceleration
$130 200.000 X-axis maximum travel
$131 200.000 Y-axis maximum travel
$132 80.000 Z-axis maximum travel
Установите $ 32 = 1, чтобы активировать режим лазера .
Laser Mode также позволяет использовать M4 Dynamic Laser Power Mode. Как указано в руководстве разработчика LaserGRBL: « Это уникальная функция, которая автоматически регулирует мощность лазера в зависимости от текущей скорости относительно запрограммированной скорости. По сути, она обеспечивает постоянство количества энергии лазера вдоль разреза, даже если станок может быть остановлен, или активно ускоряется ».
Шаг двенадцатый: Inkscape и универсальная платформа Gcode
Для режима рисования пером мастер использовал следующие программы:
Расширение Inkscape и Gcodetools : создание файлов G-кода из текстов или изображений.
Универсальная платформа Gcode (UGS) : отправка файла G-кода, созданной Inkscape, на контроллер P-CNC и отслеживание работы вкладке Visualizer .
Для первого тестирования он создал файл G-кода с текстом « NEXTPCB ».
Затем провел тестирование устройства.
Шаг тринадцатый: программное обеспечение LaserGRBL
Для гравировки на фанере он использовал программу LaserGRBL. LaserGRBL может загружать и передавать Gcode изображения на гравер на основе GRBL с помощью встроенного инструмента.
Можно включить управление ШИМ для создания оттенков серого, если лазерный модуль поддерживает управление TTL, подключенное к PIN D11 Arduino.
Состав фанеры неоднороден, поэтому после нескольких тестов он использовал инструмент “ dithering ”, как было предложено в исходной информации LaserGRBL.
Для каждого конкретного вида фанеры лазерная гравировка может быть разной. В данном случае была фанера формата А4, и она сама по себе разделена на 2 части: одну легко сжечь, а другую сложнее при тех же настройках.
В данном случае мастер использовал следующие настройки:
Откройте картинку с помощью LaserGRBL.
Выберите инструмент “1bit BW dithering” в параметрах инструмента преобразования.
Отрегулируйте яркость, контрастность и белый оттенок с помощью ползунков
В раскрывающемся списке выберите Dithering Options:
— Dithering: Atkinsion.
— Direction: Horizontal.
— Quality: 10 Lines/mm.
Нажмите «Next», после чего откроется окно.
Введите скорость гравировки, выберите параметры лазера, настройте размер и положение изображения во всплывающем окне.
Нажмите кнопку «Creat» и все готово к передаче GCode на контроллер P-CNC.
Тестирование показало неплохие результаты. Следует учесть, что это первая работа мастера по изготовлению лазерного гравера.
Мастер доволен результатом и планирует сделать станок размером более 1 метра. В этом случае у него будет недорогой и неплохого качества плоттер и гравировальный ЧПУ-станок формата А0.
