Полагаю, что проект, о котором я хочу рассказать, будет интересен всем, кто занимается электроникой. А именно, речь идёт о миниатюрном лазерном гравере, с помощью которого можно наносить изображения на картон, на дерево, на виниловые наклейки и на прочие подобные материалы. Идею проекта я почерпнул из этого руководства, сделав кое-что по-своему. Лазерный гравер в действии и процесс сборки устройства
Материалы и инструменты
Для создания гравера вам понадобятся следующие основные компоненты:
- Arduino UNO (с USB-кабелем).
- 2 шаговых двигателя от DVD-приводов.
- 2 контроллера для шаговых двигателей A4988 и соответствующая плата расширения для Arduino.
- Лазер мощностью 250 мВт с настраиваемой оптикой.
- Блок питания (минимум — 12В, 2А).
- 1 N-канальный полевой транзистор IRFZ44N.
Вот список необходимых инструментов:
- Паяльник.
- Дрель.
- Напильник по металлу.
- Наждачная бумага.
- Кусачки.
- Клеевой пистолет.
ЖИЛЬЦОВ ДМИТРИЙ
ВСТУПЛЕНИЕ
В предыдущей статье я описал опыт сборки и наладки гравера из китайского набора. Поработав с аппаратом, понял, что в моей лаборатории он будет не лишним. Задача поставлена, буду решать.
На горизонте два варианта решения – заказ набора в Китае и разработка собственной конструкции.
НЕДОСТАТКИ КОНСТРУКЦИИ С ALIEXPRESS
Как и писал в предыдущей статье, набор оказался вполне работоспособным. Практика работы со станком выявила следующие недостатки конструкции:
- Плохо проработана конструкция каретки. На видео в предыдущей статье это хорошо заметно.
- Ролики подвижных узлов крепятся на панелях винтами М5 и связаны с панелью только с одной стороны. При этом, как ни затягивай винты, остается люфт.
ПЛАСТИКОВЫЕ ДЕТАЛИ
Поскольку каркас из станочного профиля вполне достойный, устранить выявленные недостатки получилось переработав пластиковые детали.
Держатель лазера я достаточно хорошо описал в предыдущей статье. Также в конструкцию я добавил дополнительную деталь, связывающую все четыре ролика на правой и левой панелях. Деталь позволила исключить люфты при перемещении панелей.
Все детали имеют достаточно простые формы и не требуют поддержек и других сложностей при печати.
Набор пластиковых деталей в интернет-магазине немного отличается от представленных в статье – представлены модернизированные детали. Усилены втулки под ролики, добавлены упоры гаек.
Модели пластиковых деталей из статьи доступны для печати:
https://www.thingiverse.com/thing:2703455
ДЕМОНСТРАЦИЯ РАБОТЫ
Работу гравера и его внешний вид можно оценить в следующем видео.
КОНСТРУКЦИЯ ГРАВЕРА
Каркас гравера построен на станочном алюминиевом профиле 20х40. Детали, несущие подвижные части гравера выполнены на 3D принтере. Подвижные части перемещаются на стандартных роликах. Каретка, несущая лазерный модуль позволяет регулировать высоту лазера над рабочим столом, что позволяет фокусировать мощность лазерного луча в достаточно большом диапазоне.
Сборка конструкции показана в формате 3D PDF.
СБОРКА
Конструкция весьма простая. По этой причине много времени и мучений на сборку не уйдет, если соблюдать рекомендованную последовательность сборки.
ШАГ 1. КАРКАС
Как описано выше, каркас построен из конструкционного профиля 20х40. Для скручивания профиля между собой используются внутренние уголки.
На более длинных деталях в центральных отверстиях торцов нарезана резьба для монтажа ножек и боковых панелей (на средней по длине).
Каркас скручивается на уголках, короткими деталями внутрь. На данном этапе не стоит до конца затягивать винты – сделать это лучше после установки ножек.
Ножки крепятся на винтах в четырех точках. Это сделано для того, чтобы каркас собирался без возможных перекосов.
Для начала потребуется закрепить все четыре ножки, снова не до конца затягивая крепеж.
Теперь необходимо найти максимально ровную поверхность! Выставить все детали таким образом, чтобы каркас “стоял” плотно, не играя на поверхности.
Протягиваем все крепежи, начиная с внутренних уголков и контролируя возможные перекосы угольником.
ШАГ 2. ПРАВАЯ ПАНЕЛЬ
Перед сборкой правой панели на вал двигателя необходимо установить гибкую муфту.
Затем необходимо прикрутить шаговый двигатель через проставку из пластика.
Положение кабельного вывода и проставка хорошо видны на рисунке ниже.
ШАГ 3. ЛЕВАЯ ПАНЕЛЬ
Для сборки левой панели потребуется только запрессовать подшипник в отверстие.
Я постарался исключить операцию склеивания. Для этого “пустил волну” по поверхности отверстия для установки подшипника. По этой причине необходимо с усилием вдавить подшипник.
ШАГ 4. МОНТАЖ ЛЕВОЙ ПАНЕЛИ
Для монтажа потребуются следующие детали.
Сначала потребуется установить верхние ролики.
Затем установить сборку на профиль.
И закрепить нижние ролики. На рисунке хорошо видно, что крепежные отверстия винтов для крепления роликов имеют ход в несколько миллиметров. Это сделано для того, чтобы верхние и нижние ролики можно было хорошо стянуть на профиле, исключив люфт. Единственное, действовать потребуется аккуратно и не перетянуть. В этом случае шаговому двигателю потребуется излишнее усилие для перемещения панелей.
ШАГ 5. МОНТАЖ ПРАВОЙ ПАНЕЛИ
Для монтажа потребуются следующие детали.
Сначала потребуется установить верхние ролики.
Затем установить сборку на профиль и установить нижние ролики. Дальнейший монтаж идентичен монтажу левой панели.
После протягивания винтов потребуется проконтролировать ход панели. Она должна перемещаться достаточно легко и при этом отсутствовать люфт.
ШАГ 6. МОНТАЖ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ КАРЕТКИ
Для передачи движения по оси Y в данной конструкции используются обе панели. Для того, чтобы не задействовать 2 шаговых двигателя, крутящий момент на левую панель передается через вал, диаметром 5мм. После подготовки деталей приступаем.
Сначала устанавливается связующий вал и зажимается стопорными винтами гибкой муфты.
При установке необходимо проконтролировать, чтобы не были забыты шкивы. Жестко крепить их в данный момент нет необходимости. При натягивании ремней потребуется регулировка.
ШАГ 7. КАРЕТКА
Сборка каретки детально рассмотрена в предыдущей статье…
Сборка не представляет особого труда.
ШАГ 8. МОНТАЖ КАРЕТКИ НА НАПРАВЛЯЮЩУЮ
Для начала потребуется собрать все необходимые детали.
Все операции монтажа идентичны операциям монтажа панелей.
ШАГ 9. МОНТАЖ РЕМНЕЙ
Ремни притягиваются винтами под гайки профиля. Потребуется по-месту отрезать 3 ремня и подготовить крепеж.
Для начала край ремень располагается в нише профиля зубом вниз. После этого устанавливается гайка. Для установки гайки потребуется усилие.
Во время натягивания ремня потребуется выставить положение шкива. Шкив выставляется так, чтобы на всем ходу ремень как можно меньше притирался к боковым граням шкива.
Для установки ремня направляющей каретки лучше приподнять ее как показано на рисунке ниже, поскольку гайки все же лучше установить в нишу с торца.
После направляющая опускается на штатное место.
Перед затягиванием второго “хвоста” ремня необходимо убедиться, что ремень натянут достаточно сильно.
На этом сборка механики завершается.
КОНТРОЛЛЕР
Описание контроллеров для управления гравером я планирую подготовить в отдельной статье. Следите за публикациями!
НАБОР ДЛЯ СБОРКИ И ЛАЗЕРНЫЙ ГРАВЕР ПОД КЛЮЧ
С декабря 2022 в интернет-магазине доступны наборы деталей лазерного гравера, описанного в статье. Информация доступна в интернет-магазине.
ВАША ПОДДЕРЖКА ПОМОЖЕТ АКТИВНЕЙ РАБОТАТЬ НАД БЛОГОМ, ПУБЛИКОВАТЬ БОЛЬШЕ СТАТЕЙ, КОТОРЫЕ, В СВОЮ ОЧЕРЕДЬ, ПОМОГУТ ВАМ РЕАЛИЗОВЫВАТЬ ИНТЕРЕСНЫЕ ПРОЕКТЫ.
СПАСИБО ЗА УЧАСТИЕ В ЖИЗНИ БЛОГА!
| ЯНДЕКС | WEBMONEY | QIWI | PAYPAL |
Установка программного обеспечения
Вашему лазерному гроверу, который должен работать в автоматическом режиме, потребуется не только установка, но и настройка специального программного обеспечения. Важнейшим элементом такого обеспечения является программа, которая позволяет создавать контуры желаемого рисунка и преобразовывать их под расширение, понятное управляющим элементам лазерного гравера. Такая программа имеется в свободном доступе, и ее можно без особых проблем скачать на свой компьютер.
Программа, скачанная на управляющий гравировальным устройством компьютер, распаковывается из архива и устанавливается. Кроме того, вам потребуется библиотека контуров, а также программа, которая будет отправлять данные по создаваемому рисунку или надписи на контроллер «Ардуино». Такую библиотеку (как и программу для передачи данных на контроллер) также можно найти в свободном доступе. Для того чтобы ваша лазерная самоделка работала корректно, а гравировка, выполняемая с ее помощью, была качественной, вам потребуется настройка и самого контроллера под параметры гравировального устройства.
» data-lazy-type=»iframe» src=»data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″>
Электрическая часть самодельного лазерного гравера
Основным элементом электрической схемы представленного устройства является лазерный излучатель, на вход которого должно подаваться постоянное напряжение со значением, не превышающим допустимых параметров. Если не соблюсти данное требование, лазер может просто сгореть. Лазерный излучатель, используемый в гравировальной установке представленной конструкции, рассчитан на напряжение 5 В и силу тока, не превышающую 2,4 А, поэтому настройка регулятора DC-DC должна быть выполнена на силу тока 2 А и напряжение до 5 В.
Электрическая схема гравера
Транзистор MOSFET, который является важнейшим элементом электрической части лазерного гравера, необходим для того, чтобы, получая сигнал от контроллера «Ардуино», включать и выключать лазерный излучатель. Электрический сигнал, вырабатываемый контроллером, является очень слабым, поэтому воспринимать его, а затем отпирать и запирать контур питания лазера может только транзистор MOSFET. В электрической схеме лазерного гравера такой транзистор устанавливается между плюсовым контактом лазера и минусовым регулятора постоянного тока.
Шаговые электродвигатели лазерного гравера подключаются через одну электронную плату управления, что обеспечивает синхронность их работы. Благодаря такому подключению зубчатые ремни, приводимые в движение несколькими двигателями, не провисают и сохраняют стабильное натяжение в процессе своей работы, что обеспечивает качество и точность выполняемой обработки.
Следует иметь в виду, что лазерный диод, используемый в самодельной гравировальной установке, не должен перегреваться.
Для этого необходимо обеспечить его эффективное охлаждение. Решается такая задача достаточно просто: рядом с диодом устанавливают обычный компьютерный вентилятор. Чтобы исключить перегрев плат управления работой шаговых электродвигателей, рядом с ними также размещают компьютерные кулеры, так как обычные радиаторы с такой задачей не справляются.
Фотографии процесса сборки электросхемы
Технические характеристики
Оснащенный лазерным модулем мощностью 1,8 Вт 445 нм, этот лазерный гравер явно ничто по сравнению с промышленными станками лазерной резки, в которых используются лазеры мощностью более 50 Вт. Но этого лазера нам будет достаточно. Он может резать бумагу и картон, а также гравировать все виды дерева и фанеры. Я еще не тестировал другие материалы, но уверен, что они могут повлиять на многие другие поверхности. Я пойду прямо и скажу, что у него большая рабочая зона около 500 × 380 мм.
Кто может сделать такой лазерный станок? Всем, неважно, инженер ли вы, юрист, преподаватель или студент, как и я! Все, что вам нужно — это терпение и огромное желание получить действительно качественную машину.
На разработку и изготовление этого гравировального станка у меня ушло около трех месяцев, в том числе около месяца на ожидание деталей. Конечно, такую работу можно выполнять быстрее, но мне всего 16 лет, поэтому я мог работать только по выходным.
Важные рекомендации по сборке станка
Несколько важных рекомендаций:
- Мотор к шпильке крепится с помощью резинового провода. Благодаря его качественной обмотке работа данного соединения будет достаточно надежной.
- В качестве «мозга», задающим рабочие режимы в таком оборудовании можно использовать плату Arduino NANO. Купить ее не составит большого труда. На китайских сайтах она стоит не больше 200 рублей. Такая плата оснащена USB-разъемом для программирования.
Лучшим материалом для изготовления рамы станка является алюминий. Этот прочный, но легкий металл обладает всеми необходимыми свойствами, позволяющими создать надежную конструкцию рамы.
После сборки проведите проверку работоспособности оборудования. Все узлы должны функционировать в соответствии с выбранными параметрами.
Конечно, представленная на этой странице конструкция станка является очень простой и не подходит для сложной работы. На примере описываемого оборудования мы показали вам возможность сборки таких станков в домашних условиях. Если вам удастся сделать простой гравер, то и изготовить более сложную и функциональную технику не составит большого труда. Понадобятся более мощные узлы, а принцип сборки останется тем же.
