Меню

Лазерный резак co2 своими руками

Как собрать станок ЧПУ с углекислотным лазером (CO2)




В этой инструкции студент из Германии с ником Vulcaman расскажет и покажет нам, как можно построить собственный станок ЧПУ с углекислотным лазером, менее чем за 1000 евро.

Как нам говорит Википедия: Углекислотный лазер, лазер на углекислом газе (CO2-лазер) — один из первых типов газовых лазеров. На начало XXI века — один из самых мощных лазеров с непрерывным излучением с КПД, достигающим 20 %.

Углекислотный лазер используется для гравировки резины и пластика, резки органического стекла и металлов, сварки металлов, в том числе металлов с очень высокой теплопроводностью, таких как алюминий и латунь.

Для получения точных результатов нужен жесткий X / Y-порт. Мастер использовал линейные направляющие MGN9, которые устанавливались на алюминиевые профили. Трансмиссия осуществляется с помощью ремней GT2 10 мм.
— Линейная направляющая MGN9 350 мм — 2 шт;
— Линейный рельс 650 мм MGN9 1 шт;
— Линейная направляющая MGN9 Н — 5 шт;
— Ремень GT2-10мм 10 м;
— Шкив GT2 20 зубьев Ширина 10 мм Диаметр 5 мм — 1- шт;
— Шкив GT2 без зуба Ширина 10 мм Диаметр 5 мм — 10 шт;
— Шкив 20T 10 мм GT2 — 3 шт;
— Пневматический амортизатор 20N Gasspring — 2 шт;
— Держатель стержня SK12 — 8 шт;
— Подшипник линейный LMK12UU — 4 шт;
— Линейный стержень D12мм x 117 мм — 4 шт;
— Стержень с резьбой M5 100 мм — 2 шт;
Мастер использовал лазерный источник мощностью 40 Вт. Длина трубки 40 Вт составляет всего 700 мм, поэтому она идеально впишется в корпус 810?500 мм. Для фокусирующей линзы вам понадобится тип 12 мм. Крепление лазера также имеет встроенную пневмоподушку.
— Лазерная трубка CO2 40 Вт 700 мм;
— 3?20 мм зеркало + 1?12 мм линза + держатель;
Электроника станка основана на плате Cohension3D Mini.
— Блок питания для лазера 40 Вт;
— Электропитание 250 Вт / 48 В;
— Источник питания 24 В / 24 Вт;
— Силовой контактор 24 В;
— Реле PILZ PNOZ X1 — 2 шт;
— Бесконтактный переключатель PILZ PSEN 1.1p-20;
— DIN рейка;
— Драйвер мотора DM556 5,6A — 3 шт;
— Плата контроллера Cohension 3DMini 32Bit;
— Аварийный выключатель;
— OV5648 USB модуль камеры 1080p 120 градусов;
— Распределительный шкаф;
— Шаговый двигатель 40 мм NEMA17 2,0 A;

Шаг первый: технические характеристики и история создания станка
Три года назад студент купил свой первый лазер CO2, K40. Эта машина не совсем оправдала его ожиданий. Он был ограничен в размере гравировки, механические компоненты не очень хорошо сделаны, и работать с таким лазером было небезопасно.

Тогда он решил сделать свой собственный CO2-лазер, обладающий профессиональными возможностями, безопасностью и простотой в эксплуатации. Однако лазер должен иметь такую же площадь основания, что и K40, с учетом установки его в мастерскую площадью 8 м².
От идеи до рабочего станка у него ушло четыре месяца.

Дизайн станка R-LASER 6020 с открытым исходным кодом. Таким образом, можно получите все файлы САПР, необходимые для его изготовления бесплатно, исключая коммерческое использование.

Мастер предупреждает: опасно работать с CO2-лазером и сетевым напряжением.

Технические характеристики R-LASER 6020:
— Источник лазера CO2 мощностью 40 Вт
— Рабочая зона: 600×230 мм
— Скорость гравировки: 1000 мм / с
— Регулируемый Z-образный стол
— Поддержка камеры
— Поддержка программного обеспечения Lightburn
— промышленный дизайн


Все критически важные детали, такие как X / Y-портал и все компоненты лазера, были сделаны из алюминия. Детали фрезерованы из листового металла толщиной 4 мм / 6 мм.

Для корпуса он использовал алюминий-дибонд, потому что он полностью блокирует лазер CO2. Даже сфокусированный луч не может прорезать этот материал.

Большинство деталей были вырезаны из алюминия-дибонда толщиной 3 мм окрашенного в белый цвет.
Две боковые панели корпуса были вырезаны из 6 мм листа.

Окно верхней двери выполнено из оргстекла толщиной 6 мм.
Он попытался свести к минимуму использование деталей, напечатанных на 3D-принтере, а где печать была необходима, она выполнялась нитью PLA.

Читайте также:  Маленький краскопульт своими руками



Все файлы для печати, резки можно скачать здесь.

В качестве программного обеспечения используется Lightburn, который будет поддерживать плату Cohension3D Mini Board и многие другие. Это программное обеспечение имеет все функции, необходимые для продуктивной работы с лазерным резаком. Скачать его можно здесь.

Шаг третий: изготовление рамы
Основная рама изготовлена из алюминиевых профилей. Все крепления шаговых двигателей были вырезаны из алюминия толщиной 4 мм, чтобы обеспечить жесткое соединение между рамой и двигателями, даже когда двигатели нагреваются.









Шаг пятый: ось Z
В качестве рабочего стола мастер использует алюминиевую пластину Honeycomp 10 мм. Пластина устанавливается на алюминиевую пластину толщиной 4 мм.

Линейные подшипники LMK12UU прикреплены к алюминиевой пластине толщиной 4 мм.





































Электронику станка можно разделить на разные группы:
1. Цепи безопасности
В цепи есть два реле безопасности PILZ X1. Одно реле используется для аварийного выключения. Если нажать аварийный выключатель, силовой контактор отключит основное напряжение. Другое реле безопасности используется для верхней крышки и отключает лазер, когда дверь открыта.

2. Распределение электроэнергии
Для распределения питания требуемых напряжений для лазера (230 В переменного тока, 24 В постоянного тока, 48 В постоянного тока) были установлены DIN-рейки и клеммные колодки.

3. Драйвер двигателя
Для шаговых двигателей NEMA17 мастер использовал драйверы DM556 5,6A 48V. Благодаря высокому напряжению 48 В удалось достичь высоких скоростей до 1000 мм / с.

4. Источники питания
В качестве источников питания он использовал 48 В 250 Вт для двигателей NEMA17 и стандартный источник питания 40 Вт для лазерной трубки CO2. Напряжение 24 В для платы Cohension3D также генерируется источником питания для CO2-лазера.

5. Cohension3D Mini
В качестве основного контроллера применяется плата Cohension3D Mini от старого лазера K40. Эта плата поддерживает Smoothieware как микропрограммное обеспечение и все функции Lightburn. В дополнение к основному контроллеру мастер также создал специальный контроллер для оси Z.






Файл для изготовления платы можно скачать здесь.
Детали для платы:

Количество Описание Имя на плате

10x Резистор 1к 0805 R1-R10
3x Резистор 150 Ом 0805 R11-, R12, R13
3x Светодиод Красный 0805 D1, D2, D3
3x AO3400 N-канальный полевой МОП-транзистор Q1, Q2, Q3
2x Конденсатор 100 нФ 0805 C1, C2
1x SN74HC08 ДИП-14 U2
1x SN74HC32 ДИП-14 U3
1x Понижающий модуль (настроен на 5 В) U1
1x STM32F103C8T6 BP1
10x Клеммная колодка 2P 5,08 мм J2-J11
1x 3-позиционный DIP-переключатель SW1



Шаг четырнадцатый: программирование
Для программирования понадобится программатор ST-Link.
1. Загрузите «Утилиту STM32 ST-LINK»:
можно скачать программное обеспечение здесь
2. Установите и откройте «Утилиту STM32 ST-LINK»
3. Теперь откройте файл Z-Controller.hex в утилите ST-Link: После этого нужно подключить STM32 «BluePill» к ST-Link-V2. После подключения нажать кнопку «Подключиться к кнопке traget».

Наконец нажмите «Загрузить». Теперь STM32 можно прошить..
Schematic.pdf




Шаг четырнадцатый: камера
Чтобы включить одну из самых крутых функций Lightburn, нужно будет установить камеру и настроить ее, как написано здесь. Тогда можно нанести на карту гравировальное поле с его изображением, и согласовать работу с лазером.

Камера установлена в прорези окна. USB-кабель от камеры прикреплен к алюминиевым профилям верхней дверцы.

Источник

Станок лазерной резки и гравировки своими руками на основе «Arduino»

Главная страница » Станок лазерной резки и гравировки своими руками на основе «Arduino»

Технология цифрового управления полезна для работы различных машин. Список оборудования включает, к примеру, портативные лазерные режущие и гравировальные станки. Такие аппараты позволяют выполнять резку (https://3dprintspb.com/lazernaya-rezka-materialov/) на различной поверхности, в зависимости от мощности лазерного диода. Рассмотрим тему — как собрать станок лазерной резки и гравировки, управляемый посредством контроллера «Arduino», непосредственно своими руками. Популярный конструктор делает доступным сборку эффективного инструмента для малого бизнеса. Модель гравировального аппарата компактна, проста в эксплуатации, недорогая по стоимости производства.

Особенности лазерного света гравировальных станков

Усечённый лазер следует рассматривать как «усиление света посредством индуцированного излучения». Этот момент подразумевает исход лазера от источника (резонатора), которым генерируется (передаётся) излучение, поэтапными наплывами и неразличимыми:

Читайте также:  Красивая упаковка шоколада своими руками

Лазерный свет, по сути, представлен формой узкой длиной волны. Существуют лазеры, воспроизводящие широкий спектр света или постоянно пропускающие световые волны различной длины.

Технология под станок лазерной резки широко используется как часть подготовки металла и неметаллического материала. Подход значительно сокращает время и стоимость обработки, улучшает характер обрабатываемой детали.

Современный лазерный гравировальный режущий инструмент — это своего рода «фантастический меч», способный рассекать железо, словно жевательную резинку.

Технология лазерной резки как инновация в малом бизнесе

Лазерная резка — инновация, где используется технология резки материалов на базе современной электронной сборки и генерации. Лазерная резка работает путём стабильной координации выхода мощного луча лазера через оптику. Лазерная оптика наряду с программированием контроллера используются для координации материала или рабочей лазерной стойки.

Нечто подобное и вполне работоспособное допустимо собрать на базе популярного контроллера «Arduino». Гравировальная машина домашнего производства – как инструмент малого бизнеса

Механические лазерные нарезные станки могут успешно применяться для обработки нарезкой на листовом материале. Лазерная нарезка является эффективным инструментом в плане использования мощной энергии задействованного лазера. Под управлением ПК формируется лазерный тактовый импульс нужной частоты и ширины.

После прохождения и серийного отражения в рамках оптического пути установки с помощью центрирующего сбора фокальных точек, ударный лазерный луч превращается в незаметную и высокоэффективную вспышку. Эта вспышка образуется на максимальном сближении с обрабатываемой поверхностью, моментально расплавляя материал.

Каждое мощное лазерное излучение способно за короткое время создать тончайший технологический нарезной проход. Под управлением ПК лазерная головка движется умеренно, в точном соответствии с графиком линий, очерчивающих желанную форму гравировки или резки. В отличие от традиционных технологий обработки резанием, лазерная нарезка отличается:

Экспериментальное изготовление портативного лазерного станка

Портативный лазерный режущий гравировальный станок, относительно простой в изготовлении, можно сказать — мечта малых предприятий, осваивающих бизнес гравировки или аналогичный. Это своего рода революция современных технологий, связанных с производством, благодаря простоте в обращении и универсальности.

Структурная схема машины лазерной гравировки: 1 – шаговый моторы; 2 – блок питания 12 вольт; 3 – кнопки-ограничители осевого перемещения; 4 – регулятор напряжения; 5 – лазерный диод; 6 – драйверы электродвигателей; 7 – контроллер «Arduino»; 8 – реле 5 вольт; 9 – кнопки контроля и управления

Для изготовления оборудования с последующей работой, направленной на резку и гравировку изделий, потребуется обзавестись программным обеспечением и основными модульными деталями. Перечень необходимых модулей с кратким описанием представлен ниже.

Составляющие резательно-гравировального лазерного станка

Функционирование аппаратной части инструмента лазерной гравировки обеспечивает программное обеспечение «Eleksmaker» или подобное, преобразующее графическое изображение в G-код, используемый контроллером.

Требуемое изображение импортируется в формате «Scalable Vector Graphics (SVG)», а посредством ПО «Eleksmaker» конвертируется в G-код, создающий координаты изображения. Программным обеспечением «Eleksmaker» управляются шаговые двигатели, контролируется мощность лазера.

Электронным аппаратным средством проекта выступает конструктор «Arduino nano» — электронное устройство на основе макетных плат. Это фактически готовая управляющая база портативного станка лазерной резки и гравировки. Контроллер на основе «Arduino nano» поддерживает:

Системой «Arduino» также управляются шаговые двигатели, доступно выполнение прошивки контроллера при необходимости.

Лазерный диодный модуль самодельного гравера

Модули лазерных диодов доступны в широком ассортименте длин волн, выходных мощностей или форм пиллерсов в зависимости от применения. Зелёные лазеры дают более заметную дифференциацию на материалах.

Лазерный диод, помещённый внутри массивной алюминиевой оболочки для обеспечения изоляции и эффективного охлаждения. Такого рода компонент используется в самодельной конструкции

Для применения в составе описываемой конструкции гравера используется лазерный модуль мощностью 500 МВт, при длине волны 450 нм. Удачно подходят для воспроизводства проекта конструкторы с лазерными диодными модулями, представленные ниже в таблице:

Продукт Напряжение питания, В Мощность, мВт Программное обеспечение
SLB Works 12 500 BenBox
Zeta USB DIY 12 500 Eleksmaker
NEJE DK-8 12 500 Eleksmaker

Возможная конструкция рамы резательно-гравировального станка

Опоры шарнирно-винтовой передачи и опоры вала можно установить на полых алюминиевых стойках. Такие элементы используются для всех основных конструктивных частей машины. Толщина алюминия составляет около 2 мм.

Читайте также:  Металлические гардины своими руками

Алюминиевые стойки относительно легко режутся и сверлятся, при этом материал хорошо держит форму и достаточно высокие механические нагрузки.

Кроме того, учитывая квадратную форму, алюминиевые стойки обеспечивают точные параметры параллельности / перпендикулярности опорных поверхностей.

Примерно такой выглядит часть конструкции шасси, на котором закрепляются осевые направляющие перемещения шаговых электродвигателей самодельной лазерной гравировальной установки

Монтажные отверстия на алюминии просто высверлить с помощью аккумуляторной дрели, а обрезка стоек по размеру выполняется торцовочной пилой (или обычной ножовкой).

Винты и гайки M5 применяются в конструкции рамы для скрепления большинства деталей между собой. Применение винтовых скреплений обеспечивает лёгкую разборку и модификацию рамы.

Внедрение шаговых электродвигателей в станок лазерной резки

Как показала практика экспериментов, практично использовать в качестве шаговых приводов электродвигатели серии «NEMA 23» или аналогичные с высоким крутящим моментом.

Мощные шаговые двигатели, однако, требуют мощных драйверов для получения максимальной отдачи. В результате оптимальным решением видится использование индивидуального шагового драйвера для каждого двигателя.

Подборка получается следующей:

Для каждой оси двигатель приводится в движение шариковым винтом через соединитель двигателя.

Внешний вид электродвигателя и электронного драйвера управления таким мотором, которые могут использоваться в самостоятельно собираемой конструкции гравировальной лазерной машины

Двигатели крепятся к раме с помощью двух алюминиевых углов и алюминиевой пластины. Алюминиевые углы и пластина имеют толщину 3 мм и достаточно прочны, чтобы выдержать вес двигателя без прогиба.

Электронная схема управления лазерным гравировальным станком

Схема станка лазерной резки требует питания не менее 10 вольт постоянного тока и простой входной сигнал включения / выключения, который обеспечивается модулем «Arduino».

Схемой используется микросхема LM317T, представляющая линейный регулятор (стабилизатор) напряжения и тока. Через потенциометр, включенный в цепь, осуществляется регулировка заданной токовой величины.

В целом гравировальная машина имеет два отдельных источника питания по причине различных требований к рабочим напряжениям. Так, драйверам шагового двигателя требуется питание напряжением 20-50 вольт постоянного тока. Каждый шаговый двигатель потребляет максимальный ток 3,0 ампера.

Когда двигатели работают непрерывно, потребление тока не превышает значения 1 ампер. Когда же меняется скорость шаговых моторов, потребление возрастает до 2А на каждый мотор.

Соответственно, требуется блок питания шаговых драйверов мощностью не менее 100 Вт с выходным напряжением 36 вольт при токе 3 А.

Драйверу лазера требуется напряжение питания не менее 10 вольт при токе не менее 1,25 ампер. Здесь вполне достаточно блока питания, например, от компьютеров типа ATX PC, с напряжением на выходе 12 вольт.

Станок лазерной резки — скетч обработки интерпретатором «Arduino»

Скетч объекта обработки контроллер «Arduino» интерпретирует блоком инструкций. Существует ряд символов инструкции:

С каждым символом контроллером «Arduino» запускается соответствующая функция для формирования сигнала на выходных выводах.

Функционал «Arduino» контролирует скорость двигателя посредством задержек между шаговыми импульсами. В идеале машина работает с одинаково высокой скоростью, будь то гравировка пикселя или пропускание пустого пикселя.

Однако по причине ограниченной мощности лазерного диода, работу машины следует несколько замедлять в процессе прожигании пикселя. Поэтому используются две скорости для каждого направления в списке символов инструкций, что обозначены выше.

Скетч «Arduino» также управляет масштабированием изображения объекта. Драйверы с шаговым двигателем настроены на половину шага. То есть, на драйверы требуется 400 шаговых импульсов на один оборот двигателя (400 шаговых импульсов / 5 мм линейного движения).

Без какого-либо масштабирования гравированные картинки получаются малоразмерными настолько, что объект трудно различить невооружённым глазом.

Заключительный момент на станок лазерной резки

Одним словом – есть заманчивая идея для реализации своими руками. Эту идею вполне допустимо осуществить в реальный бизнес-проект. Здесь представлены некоторые соображения умельцев, уже сумевших смонтировать работающее вполне эффективно оборудование.

Почему бы не повторить полезное дело. Однако повторяя проект, не следует забывать о безопасности. Работа с лазером требует применения определённых защитных функций. Как минимум, конструкторам нужны специальные очки для защиты органов зрения.

Источник