Лазерный гравер

Работа над этим проектом лазерного гравера на Arduino заняла около четырех месяцев. Мощность гравера составляет 2 ватта, он не такой уж мощный, но может гравировать большинство пород дерева и пластик. Может резать пробковое дерево. Отлично подойдет для гравировки и резки деталей для ваших дальнейших проектов на Arduino. Надеюсь, приведенная инструкция вдохновит вас на создание подобного проекта или полной копии этого станка для лазерной резки.

Практически полный список необходимых материалов, STL файлы для печати узлов конструкции и схемы подключения электроники: Arduino, моторы, лазер и т.п.

3-D модель лазерного гравера на Arduino в Inventor

Начало - разработка каркаса станка для лазерной резки в Autodesk Inventor. Конструкция по ходу разработки несколько изменялась, однако рама осталась по сути такой же.

Печать на 3-D принтере и сборка оси Y

Первая деталь, которую надо напечатать на 3-D принтере выполняет следующие функции:

1. Установка шагового мотора для оси y.

2. Поддержка стальных валов оси y.

3. Скольжение вдоль одного из валов оси x.

После того как деталь готова, в отверстия надо установить две бронзовые втулки, которые служат в качестве опор скольжения. Для уменьшения трения, втулки желательно смазать. Отличный недорогой вариант опор, которые используются в 3-D принтерах и подобных мехатронных проектах.

В качестве направляющих используются простые стержни из нержавеющей стали 5/16". Нержавеющая сталь хорошо подходит для подшипников скольжения, так что смазанные бронзовые втулки ходят очень легко. Изначально использовался кусок 36", который был разрезан на две части по 18".

motor gantry.stl

Завершение оси Y

В лазере используется диод М140 на 2 Вт. Диод продается в металлическом корпусе и контактами. Греются они достаточно сильно так, что пришлось предусмотреть охлаждение. Для этого был сделан алюминиевый блок радиаторов и использованы кулеры со старого контроллера робота. Кроме того, в блоке для лазера 1" x 1" сделано отверстие 31/64" и добавлен болт к боковой грани. Блок также соединен с другой напечатанной на 3-D принтере деталью, которая будет перемещаться вдоль оси y. Движение передается с помощью зубчатого ремня.

Завершенный модуль лазера установлен на направляющие оси y. Другой конец был установлен на напечатанной детали таким образом, чтобы ремень был зафиксирован и корпусная деталь могла скользить вдоль направляющих оси x. На этом же этапе устанавливается шаговый двигатель, устанавливаются шкивы и зубчатые ремни.

gantry2.stl

idler gantry.stl

clip.stl

pulley2.stl

Разработка основания и оси X

Основание было сделано из дерева. Самая ответственная часть - убедиться, что две направляющие по оси X параллельны. Вместо того, чтобы использовать два мотора для перемещения вдоль координаты X или использования сложной системы ремней/шкивов, был использован отдельный мотор для оси X и приводной ремень в центре по оси Y. Выглядит немного несуразно, но зато система простая и хорошо работает.

На первом этапе поперечная балка, которая соединяет ремень с осью y была держалась на простом суперклее. Не лучшее решение, от которого в дальнейшем пришлось отказаться и напечатать на 3-D принтере специальные кронштейны для крепежа.

idler plate.stl

Установка Arduino и проверка электроники

На первом рисунке ниже показан лазерный диод M140, который можно купить в DTR's Laser Shop. Можно купить и более мощный диод, но цена, соответственно, тоже вырастет. Кроме того, надо купить линзу для фокусировки и регулируемый источник питания. Так что были дополнительно куплены драйвер и линза G-2. Линза установлена на модель лазера с помощью термопасты.

Важно! При работе с подобными лазерами надо использовать защитные очки!

Для проверки вся электроника (Arduino, блок питания, макетка, доайвера) была подключена за пределами основания лазерного гравировочного станка. Для охлаждения использовался кулер с персонального компьютера. Станок управляется с помощью платы Arduino Uno, который взаимодействует с grbl (https://github.com/grbl/grbl/wiki). Для передачи сигнала в режиме онлайн используется Universal Gcode Sender. Для преобразования векторных изображений в G-код используется Inkscape с плагином gcodetools. Для включения/выключения лазера используется контакт, который предназначен для управления направлением вращения шпинделя. Это один из самых простых вариантов с использованием gcodetools.

На третьем рисунке показан пример первой удачной гравировки. На этом этапе можно сказать, что лазерный гравировщик готов. Но для того, чтобы сделать его красивее и безопаснее, надо сделать для него корпус.

На видео ниже показан один из первых запусков лазерного гравера на Arduino.

Корпус лазерного гравера

Боковые грани корпуса сделаны из фанеры с белым покрытием. Боковушки крепятся болтами. На задней грани пришлось сделать прямоугольное отверстие, так как шаговый двигатель немного выходит за пределы корпуса в крайнем положении. Кроме того, предусмотрены отверстия для охлаждения, кабелей питания и USB порта. Края передней и верхней частей корпуса сделаны из той же фанеры, центральная часть остается свободной для установки акриловых стенок. Над Arduino, драйверами и т.п., которые установлены на нижней части бокса установлена дополнительная деревянная платформа. Она служит базой для материала, который режется лазером.

На 5-й фотографии показан процесс резки акрила для корпуса. Акрил специально выбран оранжевого цвета, чтобы блокировать излучение от лазера. Не забывайте, что даже отраженные лучи подобного лазера могут серьезно повредить ваши глаза! Акриловые стенки установлены на петлях. Вуаля! Лазерный гравировщик готов! Выглядит он впечатляюще. Уверен, можно спокойно выставлять на витрину магазина!

Запуск лазерного гравера на Arduino!

На фото выше приведены несколько примеров изделий, изготовленных на этом лазерном гравировщике. Конечно, Мона Лиза получилась не очень, но более простые вещи вроде черно-белого изображения дракона, выходят неплохо. Можно использовать этот станок и для лазерной резки. Например, можно резать пробковое дерево (шестерня вырезана именно из пробкового дерева).

На видео ниже показаны основные этапы проекта и гравировка на завершенном гравере.

Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!