Mini incisore laser CNC fai-da-te.

Questo è un Instructables su come ho riparato il mio vecchio incisore laser CNC e realizzato una versione stabile di un incisore laser basato su Arduino e un taglierino di carta sottile usando vecchie unità DVD e usando un laser da 250mW.

Vecchia versione del mio CNC: //www.instructables.com/id/Mini-CNC-Laser-Wood-Engraver-and-Paper-Cutter/

La vecchia versione non era molto stabile e aveva un po 'di oscillazione a causa di parti irregolari, quindi ho deciso di crearne una versione stabile usando parti stampate in 3D. Il che mi ha dato ottimi risultati nell'incisione laser anche con dettagli molto piccoli, questa macchina è un cavo per fare bene il lavoro. Puoi vedere i dettagli nell'occhio dell'immagine incisa.

L'area di gioco è di 40 mm x 40 mm max.

Passaggio 1: parti e materiali richiesti

  • Arduino Nano (con cavo USB)
  • 2x meccanismo stepper per unità DVD
  • 2x moduli driver motore passo-passo A4988 (o schermatura GRBL)
  • Laser da 250mW con obiettivo regolabile (o superiore)
  • Alimentazione 12v 2Amps minimo
  • 1x Mosfet IRFZ44N N-CHANNEL
  • 1x resistenza da 10k
  • 1x resistenza da 47ohm
  • 1x regolatore di tensione LM7805 (con dissipatore di calore)
  • Scheda PCB vuota
  • Intestazioni maschili e femminili
  • Stile JST XH da 2, 5 mm
  • Connettore maschio a 2 pin
  • 1x cavi jumper condensatore 1000uf 16v
  • 8x piccoli magneti al neodimio (che ho recuperato dal meccanismo dell'obiettivo DVD)
  • 1x connettore a 2 pin con morsettiera a vite
  • Fascette con cerniera (100 mm)
  • Super colla
  • 6 viti M3x12
  • 8 viti M2x5
  • Occhiali di protezione laser
"In questo progetto sono necessari gli OCCHIALI DI SICUREZZA LASER".

Passaggio 2: parti stampate

File STL, vedere il file allegato o andare a: //www.thingiverse.com/thing:3521286

Tutte le parti sono stampate in materiale ABS.

Impostazioni di stampa:
Altezza dello strato: 0, 2 mm

Riempimento: <25%

Supporta: No

allegati

Passaggio 3: smontare il meccanismo di stepper del drive DVD

Sono richiesti due meccanismi del driver DVD, uno per l'asse X e il secondo per l'asse Y.
Usando un piccolo cacciavite a stella, ho rimosso tutte le viti e rimosso il motore passo-passo, le guide scorrevoli e il seguace.
I motori passo-passo sono motori passo-passo bipolari a 4 pin.

Le dimensioni ridotte e il basso costo di un motore DVD significano che non puoi aspettarti
alta risoluzione dal motore. Ciò è fornito dalla vite di comando. Inoltre, non tutti questi motori eseguono 20 passi / giro. 24 è anche una specifica comune. Dovrai solo testare il tuo motore per vedere cosa fa.

Procedura per il calcolo della risoluzione del motore passo-passo CD Drive:

Per misurare la risoluzione del motore passo-passo dell'unità CD / DVD,
è stato utilizzato un micrometro digitale. È stata misurata la distanza lungo la vite. La lunghezza totale della vite usando un micrometro, che si è rivelato essere 51, 56 mm. Per determinare il valore di piombo che è la distanza tra due filettature adiacenti sulla vite. I fili sono stati contati come 12 fili entro questa distanza. Piombo = distanza tra i fili adiacenti = (lunghezza totale / numero di fili = 51, 56 mm) / 12 = 4, 29 mm / giro L'angolo di passo è di 18 gradi, che corrisponde a 20 passi / giro. Ora che tutte le informazioni necessarie sono disponibili, la risoluzione del motore passo-passo potrebbe essere calcolata come mostrato di seguito: Risoluzione = (Distanza tra fili adiacenti) / (N Passaggi / giro) = (4.29mm / giro) / (20 passi / giro ) = 0, 214 mm / passo. Che è 3 volte migliore della risoluzione richiesta che è di 0, 68 mm / passo.

Passaggio 4: preparazione del dispositivo di scorrimento.

Usando Super Glue ho incollato il cursore e la guida in una parte. La molla è fissata per mantenere la tensione tra la guida e la vite di comando per evitare ciglia nere.

Passaggio 5: assemblaggio delle guide di scorrimento per l'asse Y.

Prima di montare il cursore nella base ho incollato 4x piccoli magneti al neodimio (che ho recuperato dal meccanismo dell'obiettivo DVD) nella piastra a X. Questo magnete aiuta a mantenere il pezzo da lavorare nell'area di lavoro.

L'asta liscia manterrà intatto il meccanismo di scorrimento alla base.

Passaggio 6: assemblaggio delle guide di scorrimento per l'asse X.

Qui, usando la super colla e la vite, ho attaccato il meccanismo di guida all'alloggiamento del laser.

Fissare il motore passo-passo sul posto usando le viti e successivamente inserire le aste lisce e la parte di guida nei fori dati tenendo presente che il cursore si muove liberamente non troppo forte. E ha attaccato i pilastri del telaio laterale ad esso.

Passaggio 7: cablaggio dei motori passo-passo

Per i motori stepper ho usato un vecchio cavo USB, perché ha 4 fili all'interno e ha una copertura, ed è più flessibile e facile da lavorare.

Utilizzando la modalità di continuità nel multimetro determinare determinare 2 bobina, bobina A e bobina B.

Ho creato 2 coppie di fili selezionando i colori, una coppia per la bobina A e la seconda per la bobina B.

Saldarli e usare un tubo termorestringente su di esso.

Passaggio 8: pettinare gli assi X e Y.

Utilizzando 4 viti M3x12, combinare la base e i due telai laterali in un unico gruppo.

Step 9: L'elettronica

LE PARTI UTILIZZATE PER IL DRIVER SONO:

  • Arduino Nano.

  • 2x driver del motore passo-passo A4988.

  • 1x MOSF IR-Z44N N-CHANNEL.

  • 1x LM7805 Regolatore di tensione con dissipatore di calore.

  • 1x resistenza da 47ohm e 1x da 10k.

  • 1x condensatore 1000uf 16V.

  • 1x connettore maschio JST XH a 2 pin da 2, 5 mm.

  • Perni di testata MASCHIO e FEMMINA.

  • 1x (PCB vuoto 20mm x 80mm).

In GRBL sono riservati i pin digitali e analogici di Arduino. Il
Il pin "Step" per gli assi X e Y è collegato rispettivamente ai pin digitali 2 e 3. Il pin 'Dir' per gli assi X e Y è collegato rispettivamente ai pin digitali 5 e 6. D11 è per Abilitazione laser. Arduino viene alimentato tramite il cavo USB. I driver A4988 tramite fonte di alimentazione esterna. Tutti i terreni condividono connessioni comuni. VDD di A4988 sono collegati a 5V di Arduino. Il laser che ho usato funziona a 5V e ha un circuito a corrente costante. Per la sorgente a 5 V costante dall'alimentatore esterno viene utilizzato il regolatore di tensione LM7805. Il dissipatore di calore è obbligatorio. Il MOSFET IR-N-CHANNEL IRFZ44N funziona come un interruttore elettronico quando riceve un segnale digitale alto dal pin D11 di Arduino. NOTA: 5V di Arduino nano non possono essere utilizzati perché il laser assorbe più di 250mA e Arduino Nano non è in grado di fornire molta corrente.

Configurazione del micro stepping per ciascun asse.

MS0 MS1 Risoluzione microstep MS2.

Basso Basso Basso Passaggio completo.
Alto Basso Basso Mezzo passo.

Basso Alto Basso Quarto gradino.

Alta Alta Bassa Ottava fase.

Alta Alta Alta Sedicesimo passaggio.

I 3 pin (MS1, MS2 e MS3) servono per selezionare uno dei cinque passaggi
risoluzioni secondo la tabella di verità sopra. Questi pin hanno resistenze pull-down interne, quindi se li lasciamo scollegati, la scheda funzionerà in modalità full step. Ho usato la configurazione del 16 ° passaggio per un funzionamento fluido e senza rumori. La maggior parte (ma certamente non tutti) i motori passo-passo compiono 200 passi completi per giro. Gestendo opportunamente la corrente nelle bobine è possibile far muovere il motore a passi più piccoli. Il Pololu A4988 può far muovere il motore in incrementi di 1/16 di passo - o 3.200 passi per giro. Il vantaggio principale del microstepping è di ridurre la rugosità del movimento. Le uniche posizioni completamente precise sono le posizioni a passo completo. Il motore non sarà in grado di mantenere una posizione stazionaria in una delle posizioni intermedie con la stessa precisione di posizione o con la stessa coppia di tenuta delle posizioni a passo pieno. In generale, quando sono richieste alte velocità, si dovrebbero usare passi completi.

Passaggio 10: assemblaggio dell'elettronica sul telaio.

Montare la scheda del driver sulla piastra posteriore utilizzando 2 viti M2 e sul telaio della macchina utilizzando 2 viti M3x12. Inseriti i collegamenti per i motori passo-passo X, Y e Laser.

Passaggio 11: regolazione della corrente del driver passo-passo

Per ottenere alte velocità di passo, l'alimentazione del motore è in genere molto più elevata di quanto sarebbe consentito senza limitazione della corrente attiva. Ad esempio, un tipico motore passo-passo potrebbe avere una corrente nominale massima di 1 A con una resistenza della bobina di 5Ω, il che indicherebbe un'alimentazione massima del motore di 5 V. L'uso di un tale motore con 12 V consentirebbe incrementi di frequenza, ma la corrente deve attivamente essere limitato a meno di 1A per evitare danni al motore. L'A4988 supporta tale limitazione della corrente attiva e il potenziometro del trimmer sulla scheda può essere utilizzato per impostare il limite di corrente. Un modo per impostare il limite di corrente è mettere il driver in modalità full-step e misurare la corrente che attraversa una singola bobina del motore senza sincronizzare l'ingresso STEP. La corrente misurata sarà 0, 7 volte il limite corrente (poiché entrambe le bobine sono sempre accese e limitate al 70% dell'impostazione del limite corrente in modalità full-step). Notare che la modifica della tensione logica, Vdd, su un valore diverso cambierà l'impostazione del limite di corrente poiché la tensione sul pin "ref" è una funzione di Vdd. Un altro modo per impostare il limite di corrente è misurare la tensione direttamente sulla parte superiore del potenziometro e calcolare il limite di corrente risultante (i resistori di rilevamento corrente sono 0, 1 Ω). Il limite di corrente si riferisce alla tensione di riferimento come segue: Limite corrente = VREF × 1, 25 Quindi, ad esempio, se la tensione di riferimento è 0, 6 V, il limite di corrente è 0, 75A. Come accennato in precedenza, in modalità a passo completo, la corrente attraverso le bobine è limitata al 70% del limite di corrente, quindi per ottenere una corrente a bobina a passo pieno di 1A, il limite di corrente dovrebbe essere 1A / 0, 7 = 1, 4 A, che corrisponde a un VREF di 1, 4 A / 1, 25 = 1, 12 V. Vedere la scheda tecnica A4988 per ulteriori informazioni. Nota: la corrente della bobina può essere molto diversa dalla corrente dell'alimentatore, quindi non è necessario utilizzare la corrente misurata sull'alimentatore per impostare il limite di corrente. Il luogo adatto per posizionare il misuratore di corrente è in serie con una delle bobine del motore passo-passo.

Passaggio 12: assemblaggio laser

Il laser che ho usato è il modulo laser focalizzabile 200-250mW 650nm. L'alloggiamento metallico esterno funge da dissipatore di calore per il diodo laser. Ha una lente focalizzabile per la regolazione del punto laser. Collegare il terminale del filo laser alla presa laser sulla scheda del driver.

Puoi averne uno qui.

Step 13: Preparativi!

Utilizzando quattro piccoli magneti al neodimio, bloccare il pezzo da lavorare sul piano di lavoro e impostare gli assi X e Y sulla posizione iniziale (home). Alimentare la scheda del driver tramite una fonte di alimentazione esterna e Arduino Nano al computer tramite un cavo da mini USB A a USB.

Alimentare anche la scheda attraverso una fonte di alimentazione esterna.

LA SICUREZZA PRIMA. DEVONO ESSERE NECESSARI OCCHIALI DI SICUREZZA LASER

Passaggio 14: firmware GRBL

  1. Scarica il GRBL, qui
  2. Estrai sul desktop la cartella grbl-master, la trovi nel file master.zip
  3. Esegui l'IDE di Arduino
  4. Dal menu della barra dell'applicazione, selezionare: Schizzo -> #include Library -> Aggiungi Library da file.ZIP
  5. Seleziona la cartella grbl che puoi trovare nella cartella grlb-master e fai clic su Apri
  6. La libreria ora è installata e il software IDE mostrerà questo messaggio: La libreria viene aggiunta alla tua libreria. Controlla il menu "Inclusione delle biblioteche".
  7. Quindi apri un esempio chiamato "grbl upload" e caricalo sulla tua scheda arduino.

Step 15: Software per inviare G-CODE

Inoltre abbiamo bisogno di un software per inviare G-Code al CNC per cui ho usato LASER GRBL

LaserGRBL è uno dei migliori streamer GCode di Windows per Laser fai-da-te
Incisore. LaserGRBL è in grado di caricare e trasmettere in streaming il percorso GCode ad arduino, nonché di incidere immagini, immagini e logo con lo strumento di conversione interno.

Download di LASER GRBL.

LaserGRBL verifica costantemente la presenza di porte COM disponibili sulla macchina. L'elenco delle porte consente di selezionare la porta COM a cui è connessa la scheda di controllo.

Selezionare la velocità di trasmissione appropriata per la connessione in base alla configurazione del firmware della macchina (impostazione predefinita 115200).

Impostazioni Grbl:

$$ - Visualizza le impostazioni di Grbl

Per visualizzare le impostazioni, digitare $$ e premere Invio dopo la connessione a Grbl. Grbl dovrebbe rispondere con un elenco delle impostazioni di sistema correnti, come mostrato nell'esempio seguente. Tutte queste impostazioni sono persistenti e conservate in EEPROM, quindi se si spegne, queste verranno ricaricate al successivo avvio di Arduino.

$ 0 = 10 (impulso step, usec)

$ 1 = 25 (ritardo di inattività del passo, msec)

$ 2 = 0 (maschera di inversione della porta a gradini: 00000000)

$ 3 = 6 (maschera di inversione porta dir: 00000110)

$ 4 = 0 (abilitazione step invert, bool)

$ 5 = 0 (perni di limite invertiti, bool)

$ 6 = 0 (pin della sonda invertito, bool)

$ 10 = 3 (maschera rapporto stato: 00000011)

$ 11 = 0, 020 (deviazione della giunzione, mm)

$ 12 = 0, 002 (tolleranza arco, mm)

$ 13 = 0 (rapporto pollici, valore bool)

$ 20 = 0 (limiti soft, bool)

$ 21 = 0 (limiti massimi, valore booleano)

$ 22 = 0 (ciclo di riferimento, bool)

$ 23 = 1 (homing dir invert mask: 00000001)

$ 24 = 50.000 (feed homing, mm / min)

$ 25 = 635.000 (ricerca del punto di riferimento, mm / min)

$ 26 = 250 (rimbalzo del punto di riferimento, msec)

$ 27 = 1.000 (homing pull-off, mm)

$ 100 = 314, 961 (x, passo / mm)

$ 101 = 314, 961 (y, step / mm)

$ 102 = 314.961 (z, passo / mm)

$ 110 = 635.000 (x velocità massima, mm / min)

$ 111 = 635.000 (y velocità massima, mm / min)

$ 112 = 635.000 (velocità massima z, mm / min)

$ 120 = 50.000 (x accel, mm / sec ^ 2)

121 = 50.000 (y accel, mm / sec ^ 2)

$ 122 = 50.000 (accel z, mm / sec ^ 2)

$ 130 = 225.000 (x corsa massima, mm)

$ 131 = 125.000 (y corsa massima, mm)

$ 132 = 170.000 (corsa massima z, mm)

Passaggio 16: ottimizzazione del sistema

Arriva la parte più difficile del progetto.

-Regolazione del raggio laser nel punto più piccolo possibile sul pezzo da lavorare. Questa è la parte più complicata che richiede tempo e pazienza utilizzando il metodo trail ed error.

-Tweaking le impostazioni GRBL per $ 100, $ 101, $ 130 e $ 131

La mia impostazione per GRBL è,
$ 100 = 110.000

$ 101 = 110.000

$ 130 = 40.000

$ 131 = 40.000

Ho provato a incidere un quadrato di lati di 40 mm e dopo così tanti errori e modificando l'impostazione di grbl, ottengo la linea di 40 mm corretta incisa sia sull'asse X che su quello Y. Se la risoluzione dell'asse X e dell'asse Y non è la stessa, l'immagine verrà ridimensionata in entrambe le direzioni.

Tieni presente che non tutti i motori passo-passo dei DVD sono uguali.

È un processo lungo e dispendioso in termini di tempo, ma i risultati sono così soddisfacenti se ottimizzati.

Interfaccia utente LaserGRBL.

  • Controllo connessione: qui è possibile selezionare la porta seriale e la velocità di trasmissione adeguata per la connessione, in base alla configurazione del firmware grbl.
  • Controllo file: mostra lo stato del file caricato e l'avanzamento del processo di incisione. Il pulsante verde "Riproduci" avvia l'esecuzione del programma.
  • Comandi manuali: è possibile digitare qualsiasi riga G-Code qui e premere "Invio". I comandi verranno accodati alla coda comandi.
  • Registro dei comandi e codici di ritorno dei comandi: mostra i comandi accodati e il loro stato ed errori di esecuzione.
  • Controllo jogging: consente il posizionamento manuale del laser. Il cursore verticale sinistro controlla la velocità di movimento, la dimensione del passo del controllo cursore destro.
  • Anteprima dell'incisione: quest'area mostra l'anteprima del lavoro finale. Durante l'incisione una piccola croce blu mostrerà la posizione attuale del laser durante l'esecuzione.
  • Grbl reset / homing / unlock: questo pulsante invia il comando soft-reset, homing e lo sblocco alla scheda grbl. A destra del pulsante di sblocco è possibile aggiungere alcuni pulsanti definiti dall'utente.
  • Feed hold e resume: questi pulsanti possono sospendere e riprendere l'esecuzione del programma inviando il comando Feed Hold o Resume alla scheda grbl.
  • Conteggio delle linee e proiezione del tempo: LaserGRBL potrebbe stimare il tempo di esecuzione del programma in base alla velocità effettiva e all'avanzamento del lavoro.
  • Sovrascrive lo stato e un controllo: mostra e modifica la velocità effettiva e l'override di potenza. Overrides è una nuova funzionalità di grbl v1.1 e non è supportata nella versione precedente.

Step 17: incisione su legno

L'importazione raster consente di caricare un'immagine di qualsiasi tipo in LaserGRBL e di trasformarla in istruzioni GCode senza la necessità di altri software. LaserGRBL supporta foto, clip art, disegni a matita, loghi, icone e cerca di fare il meglio con qualsiasi tipo di immagine.

Può essere richiamato dal menu "File, Apri file" selezionando un'immagine di tipo jpg, png o bmp

L'impostazione per l'incisione è diversa per tutti i materiali.

Definire la velocità di incisione per mm e Linee di qualità per mm Il video allegato è il time-lapse dell'intero processo.

Passaggio 18: taglio della carta sottile

Questo laser da 250 mW è anche in grado di tagliare carta sottile, ma la velocità dovrebbe essere molto bassa, cioè non più di 15 mm / min e il raggio laser deve essere regolato correttamente.

Il video allegato è il time-lapse dell'intero processo.

Passo 19: taglio del vinile e realizzazione di adesivi personalizzati

Ho realizzato un adesivo in vinile personalizzato. La velocità del boarder cambia rispetto al colore del vinile utilizzato.

I colori scuri sono facili da lavorare mentre i colori più chiari sono un po 'difficili.

Le immagini sopra mostrano come utilizzare l'adesivo in vinile realizzato con il CNC.

Ma tieni presente che la combustione di vinile rilascia fumi cancerogeni. Hanno un cattivo odore.

♥ Un ringraziamento speciale agli sviluppatori GRBL :)

Spero che questo progetto ti sia piaciuto, fammi sapere nei commenti in caso di domande, vorrei vedere anche le foto delle tue macchine a controllo numerico!

Grazie!! per il tuo supporto.

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