DIY Mini CNC Lasergravierer.

Dies ist eine Anleitung, wie ich meinen alten CNC-Lasergravierer neu gemischt und eine stabile Version eines Arduino-basierten Laser-CNC-Graveurs und eines dünnen Papierschneiders mit alten DVD-Laufwerken und 250-mW-Laser hergestellt habe.

Alte Version meiner CNC: //www.instructables.com/id/Mini-CNC-Laser-Wood-Engraver-and-Paper-Cutter/

Die alte Version war nicht sehr stabil und wackelte aufgrund unebener Teile. Daher entschied ich mich, eine stabile Version mit 3D-gedruckten Teilen zu erstellen. Was mir hervorragende Ergebnisse bei der Lasergravur selbst in sehr kleinen Details bescherte, ist diese Maschine ein Kabel, um die Arbeit gut zu machen. Sie können die Details im Auge des gravierten Bildes sehen.

Die Spielfläche beträgt max. 40 mm x 40 mm.

Schritt 1: Erforderliche Teile und Materialien

  • Arduino Nano (mit USB-Kabel)
  • 2x DVD-Laufwerk-Schrittmechanismus
  • 2x A4988 Schrittmotortreibermodule (oder GRBL-Abschirmung)
  • 250mW Laser mit einstellbarer Linse (oder höher)
  • 12V 2A Stromversorgung mindestens
  • 1x IRFZ44N N-KANAL Mosfet
  • 1x 10k Widerstand
  • 1x 47 Ohm Widerstand
  • 1x Spannungsregler LM7805 (mit Kühlkörper)
  • Leere Leiterplatte
  • Männliche und weibliche Überschriften
  • 2, 5 mm JST XH-Style
  • 2-poliger Stecker
  • 1x 1000uf 16V Kondensator Überbrückungskabel
  • 8x kleine Neodym-Magnete (die ich aus dem DVD-Linsenmechanismus geborgen habe)
  • 1x 2-poliger Stecker im Schraubklemmenblock
  • Kabelbinder (100 mm)
  • Sekundenkleber
  • 6x M3x12 Schrauben
  • 8x M2x5 Schrauben
  • Laserschutzbrille
"LASERSICHERHEITSBRILLE müssen in diesem Projekt benötigt werden".

Schritt 2: Gedruckte Teile

STL-Dateien finden Sie in der angehängten Datei oder unter: //www.thingiverse.com/thing:3521286

Alle Teile sind aus ABS-Material gedruckt.

Druckeinstellungen:
Schichthöhe: 0, 2 mm

Füllung: <25%

Unterstützt: Nein

Anhänge

Schritt 3: Zerlegen des DVD-Laufwerks Stepper Mechnaism

Es sind zwei DVD-Treibermechanismen erforderlich, einer für die X-Achse und der zweite für die Y-Achse.
Mit einem kleinen Kreuzschlitzschraubendreher entfernte ich alle Schrauben und den abgenommenen Schrittmotor, die Gleitschienen und den Mitnehmer.
Die Schrittmotoren sind 4-polige bipolare Schrittmotoren.

Die geringe Größe und die geringen Kosten eines DVD-Motors bedeuten, dass Sie nicht erwarten können
hohe Auflösung vom Motor. Dies wird durch die Gewindespindel gewährleistet. Auch machen nicht alle derartigen Motoren 20 Schritte / Umdrehung. 24 ist auch eine übliche Spezifikation. Sie müssen nur Ihren Motor testen, um zu sehen, was er tut.

Verfahren zur Berechnung der Auflösung des CD-Laufwerks-Schrittmotors:

Um die Auflösung des Schrittmotors des CD / DVD-Laufwerks zu messen,
ein digitales Mikrometer wurde verwendet. Der Abstand entlang der Schraube wurde gemessen. Die Gesamtlänge der Schraube mit einem Mikrometer betrug 51, 56 mm. Ermittlung des Steigungswertes, der der Abstand zwischen zwei benachbarten Gewinden an der Schraube ist. Die Fäden wurden als 12 Fäden innerhalb dieses Abstands gezählt. Steigung = Abstand zwischen benachbarten Gewinden = (Gesamtlänge / Anzahl der Gewinde = 51, 56 mm) / 12 = 4, 29 mm / Umdrehung. Der Schrittwinkel beträgt 18 Grad, was 20 Schritten / Umdrehung entspricht. Nachdem alle erforderlichen Informationen verfügbar sind, kann die Auflösung des Schrittmotors wie folgt berechnet werden: Auflösung = (Abstand zwischen benachbarten Gewinden) / (N Schritte / Umdrehung) = (4, 29 mm / Umdrehung) / (20 Schritte / Umdrehung) ) = 0, 214 mm / Schritt. Das ist dreimal besser als die erforderliche Auflösung von 0, 68 mm / Schritt.

Schritt 4: Vorbereiten des Schiebereglers.

Mit Superkleber habe ich den Schieber und die Führung in ein Teil geklebt. Die Feder ist angebracht, um die Spannung zwischen der Führung und der Gewindespindel aufrechtzuerhalten und ein schwarzes Spiel zu vermeiden.

Schritt 5: Zusammenbau der Gleitschienen für die Y-Achse

Bevor ich den Schieber in die Basis einbaue, habe ich 4x kleine Neodym-Magnete (die ich vom DVD-Linsenmechanismus geborgen habe) in die X-Platte geklebt. Diese Magnete helfen dabei, das Werkstück am Arbeitsbereich zu halten.

Die glatte Stange hält den Gleitmechanismus intakt zur Basis.

Schritt 6: Zusammenbau der Gleitschienen für die X-Achse

Hier habe ich mit Superkleber und Schraube den Führungsmechanismus am Lasergehäuse befestigt.

Befestigen Sie den Schrittmotor mit den Schrauben an der Stelle und führen Sie anschließend die glatten Stangen und das Führungsteil in die angegebenen Löcher ein, wobei zu beachten ist, dass sich der Schieber frei und nicht zu fest bewegt. Und befestigte die Seitenrahmensäulen daran.

Schritt 7: Verdrahtung von Schrittmotoren

Für die Schrittmotoren habe ich ein altes USB-Kabel verwendet, da es 4 Drähte enthält und eine Abdeckung hat und flexibler und einfacher zu handhaben ist.

Bestimmen Sie im Kontinuitätsmodus im Multimeter 2 Spule, Spule A und Spule B.

Ich habe 2 Paar Draht hergestellt, indem ich Farben ausgewählt habe, ein Paar für die Spule A und das zweite für die Spule B.

Löte sie und benutzte Schrumpfschlauch darauf.

Schritt 8: Kämmen der X- und Y-Achse

Kombinieren Sie mit 4x M3x12-Schrauben die Basis und zwei Seitenrahmen zu einer Baugruppe.

Schritt 9: Die Elektronik

Für den Fahrer verwendete Teile sind:

  • Arduino Nano.

  • 2x A4988 Schrittmotortreiber.

  • 1x IRFZ44N N-KANAL-MOSFET.

  • 1x Spannungsregler LM7805 mit Kühlkörper.

  • 1x 47 Ohm und 1x 10k Widerstand.

  • 1x 1000uf 16V Kondensator.

  • 1x 2, 5 mm JST XH-Style 2-poliger Stecker.

  • MÄNNLICHE und WEIBLICHE Header-Pins.

  • 1x (20 mm x 80 mm leere Leiterplatte).

In GRBL sind die digitalen und analogen Pins von Arduino reserviert. Das
Der 'Step'-Pin für die X- und Y-Achse ist an den digitalen Pins 2 bzw. 3 angebracht. Der 'Dir'-Pin für die X- und Y-Achse ist an den digitalen Pins 5 bzw. 6 angebracht. D11 ist für Laser Enable. Der Arduino wird über das USB-Kabel mit Strom versorgt. Die A4988-Treiber über eine externe Stromquelle. Alle Erdungen teilen sich gemeinsame Verbindungen. VDD von A4988 sind an 5V von Arduino angeschlossen. Der Laser, den ich verwendet habe, wird mit 5 V betrieben und hat einen Konstantstromkreis eingebaut. Für die konstante 5V-Quelle von der externen Stromversorgung wird der Spannungsregler LM7805 verwendet. Der Kühlkörper ist obligatorisch. Der IRFZ44N N-KANAL-MOSFET arbeitet als elektronischer Schalter, wenn er ein digitales Hochsignal von Pin D11 von Arduino empfängt. HINWEIS: 5 V von Arduino Nano können nicht verwendet werden, da der Laser mehr als 250 mA verbraucht und der Arduino Nano nicht so viel Strom liefern kann.

Konfigurieren von Micro Stepping für jede Achse.

MS0 MS1 MS2 Mikroschrittauflösung.

Niedrig Niedrig Niedrig Voller Schritt.
Hoch Niedrig Niedrig Halber Schritt.

Niedrig Hoch Niedrig Viertelschritt.

Hoch Hoch Niedrig Achter Schritt.

Hoch Hoch Hoch Sechzehnter Schritt.

Die 3 Pins (MS1, MS2 und MS3) dienen zur Auswahl eines der fünf Schritte
Auflösungen gemäß obiger Wahrheitstabelle. Diese Pins haben interne Pulldown-Widerstände. Wenn wir sie nicht angeschlossen lassen, arbeitet die Platine im Vollschrittmodus. Ich habe die Konfiguration im 16. Schritt für eine reibungslose und rauschfreie Konfiguration verwendet. Die meisten (aber sicherlich nicht alle) Schrittmotoren machen 200 volle Schritte pro Umdrehung. Durch geeignete Steuerung des Stroms in den Spulen ist es möglich, den Motor in kleineren Schritten bewegen zu lassen. Der Pololu A4988 kann den Motor in 1/16 Schritten bewegen - oder 3.200 Schritten pro Umdrehung. Der Hauptvorteil des Mikroschritts besteht darin, die Rauheit der Bewegung zu verringern. Die einzigen vollständig genauen Positionen sind die Vollschrittpositionen. Der Motor ist nicht in der Lage, eine stationäre Position an einer der Zwischenpositionen mit der gleichen Positionsgenauigkeit oder mit dem gleichen Haltemoment wie an den Vollschrittpositionen zu halten. Im Allgemeinen sollten Vollstufen verwendet werden, wenn hohe Geschwindigkeiten erforderlich sind.

Schritt 10: Zusammenbau der Elektronik zum Rahmen.

Montieren Sie die Treiberplatine mit 2x M2-Schrauben auf der Rückplatte und mit 2x M3x12-Schrauben am Rahmen der Maschine. Die Anschlüsse für die Schrittmotoren X, Y und den Laser eingesteckt.

Schritt 11: Einstellen des Schritttreiberstroms

Um hohe Schrittgeschwindigkeiten zu erreichen, ist die Motorversorgung typischerweise viel höher als ohne aktive Strombegrenzung zulässig wäre. Beispielsweise könnte ein typischer Schrittmotor eine maximale Stromstärke von 1 A mit einem Spulenwiderstand von 5 Ω haben, was eine maximale Motorversorgung von 5 V anzeigen würde. Die Verwendung eines solchen Motors mit 12 V würde höhere Schrittraten ermöglichen, aber der Strom muss aktiv sein auf unter 1A begrenzt sein, um eine Beschädigung des Motors zu vermeiden. Der A4988 unterstützt eine solche aktive Strombegrenzung, und das Trimmerpotentiometer auf der Platine kann zum Einstellen der Strombegrenzung verwendet werden. Eine Möglichkeit, die Strombegrenzung einzustellen, besteht darin, den Treiber in den Vollschrittmodus zu versetzen und den Strom zu messen, der durch eine einzelne Motorspule fließt, ohne den STEP-Eingang zu takten. Der gemessene Strom beträgt das 0, 7-fache der Strombegrenzung (da beide Spulen immer eingeschaltet sind und im Vollschrittmodus auf 70% der Strombegrenzungseinstellung begrenzt sind). Bitte beachten Sie, dass durch Ändern der Logikspannung Vdd auf einen anderen Wert die Strombegrenzungseinstellung geändert wird, da die Spannung am „ref“ -Pin eine Funktion von Vdd ist. Eine andere Möglichkeit, die Strombegrenzung einzustellen, besteht darin, die Spannung direkt über dem Potentiometer zu messen und die resultierende Strombegrenzung zu berechnen (die Strommesswiderstände betragen 0, 1 Ω). Die Strombegrenzung bezieht sich wie folgt auf die Referenzspannung: Strombegrenzung = VREF × 1, 25 Wenn beispielsweise die Referenzspannung 0, 6 V beträgt, beträgt die Strombegrenzung 0, 75 A. Wie oben erwähnt, ist im Vollschrittmodus der Strom durch die Spulen auf 70% der Strombegrenzung begrenzt. Um einen Vollschritt-Spulenstrom von 1A zu erhalten, sollte die Strombegrenzung 1A / 0, 7 = 1, 4 A betragen, was entspricht auf einen VREF von 1, 4 A / 1, 25 = 1, 12 V. Weitere Informationen finden Sie im Datenblatt A4988. Hinweis: Der Spulenstrom kann sich stark vom Strom der Stromversorgung unterscheiden. Verwenden Sie daher nicht den an der Stromversorgung gemessenen Strom, um die Strombegrenzung festzulegen. Der geeignete Ort für die Platzierung Ihres Strommessers ist in Reihe mit einer Ihrer Schrittmotorspulen.

Schritt 12: Laserbaugruppe

Der Laser, den ich verwendet habe, ist das fokussierbare Lasermodul 200-250 mW 650 nm. Das äußere Metallgehäuse fungiert als Kühlkörper für die Laserdiode. Es verfügt über eine fokussierbare Linse zur Einstellung des Laserpunkts. Verbinden Sie den Laserkabelanschluss mit der Lasersockel auf der Treiberplatine.

Sie können eine hier bekommen.

Schritt 13: Vorbereitungen!

Verwenden Sie vier kleine Neodym-Magnete, um das Werkstück auf dem Arbeitsbett zu verriegeln und die X- und Y-Achse in die Ausgangsposition (Ausgang) zu bringen. Schalten Sie die Treiberplatine über eine externe Stromquelle und Arduino Nano über ein USB A zu USB Mini B-Kabel zum Computer ein.

Versorgen Sie die Karte auch über eine externe Stromquelle.

SICHERHEIT ZUERST. Lasersicherheitsgläser müssen benötigt werden

Schritt 14: GRBL-Firmware

  1. Laden Sie hier die GRBL herunter
  2. Extrahieren Sie auf dem Desktop den Ordner grbl-master, den Sie in der Datei master.zip finden
  3. Führen Sie die Arduino IDE aus
  4. Wählen Sie im Menü der Anwendungsleiste: Skizze -> # Bibliothek einschließen -> Bibliothek aus Datei hinzufügen.ZIP
  5. Wählen Sie den Ordner grbl aus, den Sie im Ordner grlb-master finden, und klicken Sie auf Öffnen
  6. Die Bibliothek ist jetzt installiert und die IDE-Software zeigt Ihnen folgende Meldung an: Die Bibliothek wird Ihrer Bibliothek hinzugefügt. Überprüfen Sie das Menü "Bibliotheken einschließen".
  7. Öffnen Sie dann ein Beispiel mit dem Namen "grbl upload" und laden Sie es auf Ihr Arduino-Board hoch.

Schritt 15: Software zum Senden von G-CODE

Außerdem benötigen wir eine Software, um G-Code an die CNC zu senden. Dafür habe ich den LASER GRBL verwendet

LaserGRBL ist einer der besten Windows GCode-Streamer für DIY-Laser
Graveur. LaserGRBL kann den GCode-Pfad auf Arduino laden und streamen sowie Bilder, Bilder und Logos mit einem internen Konvertierungswerkzeug gravieren.

LASER GRBL Download.

LaserGRBL sucht ständig nach COM-Anschlüssen am Gerät. In der Liste der Ports können Sie den COM-Port auswählen, an den Ihre Steuerkarte angeschlossen ist.

Bitte wählen Sie die richtige Baudrate für die Verbindung entsprechend Ihrer Firmware-Konfiguration (Standard 115200).

Grbl-Einstellungen:

$$ - Grbl-Einstellungen anzeigen

Um die Einstellungen anzuzeigen, geben Sie $$ ein und drücken Sie die Eingabetaste, nachdem Sie eine Verbindung zu Grbl hergestellt haben. Grbl sollte mit einer Liste der aktuellen Systemeinstellungen antworten, wie im folgenden Beispiel gezeigt. Alle diese Einstellungen sind dauerhaft und werden im EEPROM gespeichert. Wenn Sie sie also ausschalten, werden sie beim nächsten Einschalten Ihres Arduino wieder geladen.

$ 0 = 10 (Schrittimpuls, usec)

$ 1 = 25 (Schrittleerlaufverzögerung, ms)

$ 2 = 0 (Schrittport-Invertierungsmaske: 00000000)

$ 3 = 6 (dir port invert mask: 00000110)

$ 4 = 0 (Schritt aktivieren invertieren, bool)

$ 5 = 0 (Grenzwertstifte invertieren, bool)

$ 6 = 0 (Sondenstift invertieren, bool)

$ 10 = 3 (Statusberichtsmaske: 00000011)

$ 11 = 0, 020 (Verbindungsabweichung, mm)

$ 12 = 0, 002 (Lichtbogentoleranz, mm)

$ 13 = 0 (Zoll melden, Bool)

$ 20 = 0 (weiche Grenzen, Bool)

$ 21 = 0 (harte Grenzen, Bool)

$ 22 = 0 (Referenzierzyklus, Bool)

$ 23 = 1 (Homing Dir Invert Mask: 00000001)

$ 24 = 50.000 (Referenziervorschub, mm / min)

$ 25 = 635.000 (Referenzsuche, mm / min)

$ 26 = 250 (Homing Debounce, ms)

$ 27 = 1.000 (Referenzfahrt, mm)

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

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

$ 102 = 314, 961 (z, Schritt / mm)

$ 110 = 635.000 (x maximale Rate, mm / min)

$ 111 = 635.000 (y max Rate, mm / min)

$ 112 = 635.000 (z maximale Rate, mm / min)

$ 120 = 50.000 (x Beschleunigung, mm / s ^ 2)

121 = 50.000 (y Beschleunigung, mm / s ^ 2)

$ 122 = 50.000 (z Beschleunigung, mm / s ^ 2)

$ 130 = 225.000 (x maximaler Federweg, mm)

$ 131 = 125.000 (y max Federweg, mm)

$ 132 = 170.000 (z max Hub, mm)

Schritt 16: Optimieren des Systems

Hier kommt der schwierigste Teil des Projekts.

- Einstellen des Laserstrahls auf den kleinstmöglichen Punkt auf dem Werkstück. Dies ist der schwierigste Teil, der Zeit und Geduld mit der Trail-and-Error-Methode erfordert.

- Schwächen der GRBL-Einstellungen für 100, 101, 130 und 131 US-Dollar

Meine Einstellung für die GRBL ist:
$ 100 = 110.000

$ 101 = 110.000

$ 130 = 40.000

$ 131 = 40.000

Ich habe versucht, ein Quadrat mit 40-mm-Seiten zu gravieren, und nach so vielen Fehlern und Änderungen an der Einstellung von grbl erhalte ich die richtige 40-mm-Linie, die sowohl von der X- als auch von der Y-Achse graviert wurde. Wenn die Auflösung von X- und Y-Achse nicht gleich ist, wird das Bild in beide Richtungen skaliert.

Beachten Sie, dass nicht alle Schrittmotoren von DVD-Laufwerken gleich sind.

Es ist ein langwieriger und zeitaufwändiger Prozess, aber die Ergebnisse sind beim Optimieren so zufriedenstellend.

LaserGRBL Benutzeroberfläche.

  • Verbindungssteuerung: Hier können Sie die serielle Schnittstelle und die richtige Baudrate für die Verbindung entsprechend der grbl-Firmware-Konfiguration auswählen.
  • Dateisteuerung: Hier wird der Fortschritt des geladenen Dateinamens und des Gravurprozesses angezeigt. Die grüne Taste „Play“ startet die Programmausführung.
  • Manuelle Befehle: Sie können hier eine beliebige G-Code-Zeile eingeben und die Eingabetaste drücken. Befehle werden in die Befehlswarteschlange eingereiht.
  • Befehlsprotokoll und Befehlsrückgabecodes: Zeigt Befehle in der Warteschlange sowie deren Ausführungsstatus und Fehler an.
  • Jogging-Steuerung: Ermöglichen die manuelle Positionierung des Lasers. Der linke vertikale Schieberegler steuert die Bewegungsgeschwindigkeit, der rechte Schieberegler steuert die Schrittgröße.
  • Gravurvorschau: In diesem Bereich wird die endgültige Arbeitsvorschau angezeigt. Während der Gravur zeigt ein kleines blaues Kreuz zur Laufzeit die aktuelle Laserposition an.
  • Grbl-Reset / Homing / Unlock: Diese Schaltflächen senden den Befehl zum Zurücksetzen, Homing und Entsperren an das Grbl-Board. Rechts neben der Schaltfläche zum Entsperren können Sie einige benutzerdefinierte Schaltflächen hinzufügen.
  • Feed halten und fortsetzen: Diese Schaltflächen können die Programmausführung anhalten und fortsetzen, indem der Befehl Feed halten oder fortsetzen an die Grbl-Karte gesendet wird.
  • Zeilenanzahl und Zeitprojektion: LaserGRBL kann die Programmausführungszeit basierend auf der tatsächlichen Geschwindigkeit und dem Auftragsfortschritt schätzen.
  • Überschreibt den Status einer Steuerung: Zeigt und ändert die tatsächliche Geschwindigkeits- und Leistungsüberschreibung. Overrides ist eine neue Funktion von grbl v1.1 und wird in älteren Versionen nicht unterstützt.

Schritt 17: Holzstich

Mit dem Rasterimport können Sie ein Bild jeglicher Art in LaserGRBL laden und die GCode-Anweisungen umdrehen, ohne dass andere Software erforderlich ist. LaserGRBL unterstützt Fotos, Cliparts, Bleistiftzeichnungen, Logos und Symbole und versucht, mit jeder Art von Bild das Beste zu machen.

Sie können es über das Menü „Datei, Datei öffnen“ abrufen, indem Sie ein Bild vom Typ jpg, png oder bmp auswählen

Die Einstellung für die Gravur ist für alle Materialien unterschiedlich.

Definieren Sie die Gravurgeschwindigkeit pro mm und die Qualitätslinien pro mm. Das angehängte Video ist der Zeitraffer des gesamten Prozesses.

Schritt 18: Dünnes Papierschneiden

Dieser 250-mW-Laser kann auch dünne Papiere schneiden, die Geschwindigkeit sollte jedoch sehr niedrig sein, dh nicht mehr als 15 mm / min, und der Laserstrahl sollte richtig eingestellt sein.

Das angehängte Video ist der Zeitraffer des gesamten Prozesses.

Schritt 19: Schneiden von Vinyl und Erstellen von benutzerdefinierten Aufklebern

Ich habe einige benutzerdefinierte Vinyl-Aufkleber gemacht. Die Geschwindigkeit der Grenze ändert sich in Bezug auf die Farbe des verwendeten Vinyls.

Dunkle Farben sind einfach zu verarbeiten, während die helleren Farben etwas schwierig sind.

Die obigen Bilder zeigen die Verwendung von Vinyl-Aufklebern, die mit der CNC hergestellt wurden.

Beachten Sie jedoch, dass beim Verbrennen von Vinyl krebserregende Dämpfe freigesetzt werden. Sie riechen wirklich schlecht.

♥ Besonderer Dank geht an die GRBL Entwickler :)

Ich hoffe, Ihnen hat dieses Projekt gefallen. Lassen Sie mich in den Kommentaren wissen, wenn Sie Fragen haben. Ich würde auch gerne Fotos Ihrer CNC-Maschinen sehen!

Vielen Dank!! für Ihre Unterstützung.

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