独自の高品質CO2レーザーカッターを作ろう! タッチコントロール付き!

みなさんこんにちは

約1年前、作業場を完成させるためにCO2レーザーカッターを購入したかったのです。 1つの問題は、レーザーカッターは安価ではないということです。特に、広い切断領域が必要な愛好家にとってはそうではありません。 もちろん、その価格でレーザーカッターを購入すると素晴らしいソフトウェアとカスタマーサポートも得られますが、このプロジェクトを始めたときは17歳になり、お金がありませんでした。 それが私が自分のマシンを作った理由です。 私はすでにこのような機械を作ったので、「どうしてもう一度やらないの?」と思った。 もちろん、これはMDFシートから作成されません。

このマシンは、私たちの学校向けの統合プロジェクトであったため、友人のティボと一緒に作りました(私たちは昨年の産業科学です)。 彼は、レーザーを使った研究とレーザーによる切断に焦点を当てました。光を使用するだけでオブジェクトを切断できるのは驚くべきことです。 このマシンの構築に集中しました。 この指示では、レーザーカッター自体についてのみ説明します。 これは、独自のレーザーカッターを構築する方法についての詳細な手順です! このインストラクタブルには、ビルドに必要なすべてのファイルが含まれています。

このレーザーカッターは、40 W CO2レーザーを使用し、1000 x 600 mmの大きな切断領域と、それを制御するタッチスクリーンを備えています! プロジェクト全体で約1900ユーロかかりましたが、これはまだ多額ですが、スクラップから作りたくはありませんでした。 2年以内にバラバラにならないように、高品質の素材で構築する必要がありました。 そして、そのような広い切断領域を持つレーザーカッターにとっては、依然として非常に安価です。 さらに、この価格で、独自のレーザーカッターと非常に貴重な知識を構築する素晴らしい体験ができます。

GRBLを搭載したarduinoとタッチスクリーンを搭載したraspberry piの2つのマイクロコントローラーで実行し、スタンドアロンデバイスにして制御します。 つまり、コンピューターにファイルを送信する必要はありません。 残念ながら、現時点ではこの時間がないので、タッチスクリーンはライト、エアアシスト、ポンプなどの追加機能を制御するために使用されています。 。

重要! このマシンは40Wレーザーを使用しています! エンクロージャーを設計する際には十分な注意を払っていますが、レーザーはカバーが閉じられたときにのみ作動します。 レーザーをテストするときは常に安全ゴーグルを使用します。 ビームの反射でさえ、あなたの目にとって非常に危険です! 私は最終的な事故に対して責任を負いません。

あなたが私の教えやすいものを好きになることを本当に願っています、そしてそれはあなた方の何人かがあなた自身の機械を作るのを助けるでしょう!

あなたがそれを好めば、私に投票してください。 本当に感謝しています! ありがとう!

このレーザーカッターのビデオをYouTubeにアップロードしました。ここで見つけることができます。

ステップ1:設計

このステップでは、このマシンの設計について説明します。 この手順には、ダウンロードするファイルは含まれていません。 これらのファイルは、レーザーカッターの別の部分の構築または組み立てについて説明する手順で追加します。 このステップに関しては、この設計に到達した方法と理由を説明します。 レーザーカッターの外観設計のために、Full Spectrum Laserの趣味シリーズのレーザーカッターに触発されました。

マシンの外観を下書きする前に、設計時に留意すべき点のリストを作成しました。

行の最初の1つ:安全! このようなマシンを構築する場合、安全性が優先されます。 このレーザーカッターは40 WのCO2レーザーを使用するため、レーザービームとその反射でさえも(!)マシン内に保持する必要があることは明らかです。 そのため、カバーには暗いアクリル板を使用しています。 プレートは、内部で何が起こっているかを見るのに十分なだけ透明です。
サイドパネルには、見た目が良く、レーザー耐性があるという理由だけで、高圧ラミネートを使用しました。

私が念頭に置いた2番目の要因は、作業領域とカッター自体の大きさです。 600 x 1000ミリメートルの大きな切断領域が必要でした。 大きなマシンを構築できるのに、なぜ小さなマシンを構築するのですか?
これはまだDIYマシンであるため、必要なときに簡単に部品を変更または追加できるようにしたかったのです。 そのため、マシン内のすべての個別の「部屋」のマージンは、少し広く選択されます。

このレーザーカッターの構築と潜在的な変更の容易さを念頭に置いて、3030アルミニウムTスロットプロファイルからフレームを構築することにしました。

次に、このプロジェクトの基本設計について説明します。 このステップの写真に、フレームのさまざまなビューを示す下書きを追加しました。 建設は5つの別々の場所で構成されています。 すべての最大のスペースは、レーザーカッターの作業領域です。 作業エリアのすぐ後ろのスペースは換気室であり、すべての煙は作業エリアからこの場所に吸い込まれ、換気ホースによって外部に輸出されます。 換気室の後ろには、上下に2つのスペースがあります。 上のスペースは、レーザーが来るスペースです。 レーザーがすべての煙の中にあるのは悪いことなので、レーザーを作業エリアに置かないようにしたかったのです。 下のスペースは、水タンクと水ポンプがあるスペースです。これらはレーザーの冷却に必要です。 最後の部屋は、マシンの右側のスペースで、すべての電子機器、ドライバー、消耗品、タッチスクリーンがあります。 別のスペースは3 mmアクリルで区切られます。

ステップ2:部品表

いつものように、私はあなたがあなた自身のレーザーカッターを構築するために必要なすべての材料の完全な部品表を作りました。 部品のほとんどはaliexpressで注文され、一部はebayで注文され、残りは地元のDIY会社で見つけることができます。 これらの部品の合計価格は約1800ユーロです。 この価格に含まれていないものは、送料(合計約50ユーロ)と3Dプリンターフィラメントのみです。 すべての部品を印刷するために、2本より少ないPLAフィラメント(40ユーロ)を使用しました。 この素晴らしいレーザーカッターの総費用は約1900ユーロです。

BOMでは、ステップ7で詳細な情報を入手できるため、個々のプレートについては言及していません。これらのプレートに合計約350ユーロを費やしました。

また、BOMで「ナットとボルト」についても言及しました。 このステップでアップロードした写真を見ると、どのナットとボルト(DIN番号付き)と購入した数が正確にわかります。 どれだけ使用したかはわかりませんが、言及した量は確かに使用できます。

可動レンズ付きのレーザーヘッドを選択したため、レンズとカットする素材との間のZ距離を調整して、焦点を正しく設定できます。

添付ファイル

  • BOM.xlsxダウンロード

ステップ3:いくつかのものを3Dプリントする

このレーザーカッターの部品の多くは、私の3Dプリンターの助けを借りて作られています。 独自のマシンの構築を開始する前に、3Dプリントが必要なすべてのファイルをアップロードしました。 これらのSTLファイルの名前で、各パーツを何回印刷する必要があるかを述べました。 パーツの名前はオランダ語で書かれていますが、申し訳ありませんが、通常これは問題になりません。

これらのパーツの一部は画像で見ることができますが、すべてが含まれているわけではありません。

パーツの色は実際には重要ではありませんが、内側のパーツはすべて赤で印刷し(気に入ったため)、外側のパーツは黒で印刷しました(そして、内側のパーツの一部は、赤いフィラメントがなくなったからです;)) 。

3Dプリンターを所有しておらず、プリンターを持っている人を知らない場合は、自分で3Dプリンターを購入する必要はありません。 3Dハブのような3Dプリントサービスを使用するだけで、非常に簡単です。

ただし、3Dプリンターはすばらしい投資です。

添付ファイル

  • 3D prints.rarダウンロード

ステップ4:プロファイルを切り取る

部品表ですでに述べたように、ドイツで長さ1980 mmのアルミニウムプロファイルを注文しました。 すべてのプロファイルからパーツを切り取ることができるスキームを作成し、このステップで追加しました。 一部のプロファイルは、レーザーカッターの前面にベゼルを作成するために、22.5°のベベルでカットする必要があります。他のプロファイルには、穴を開けるかまたはねじ山を開ける必要があります。 最後の1つは、フレームの堅牢性を高めるためです。 この手順では、編集したプロファイルの下書きを追加しました。

これに必要なツールは、実際には単なる金属のこぎりです。 私は丸鋸とベルトサンダーにアクセスできたので、プロファイルのカットは非常に簡単な仕事でしたが、それでも2人で1日かかりました。 添付ファイルで私があなたのために描いたようにプロファイルをカットする必要があり、すべては大丈夫です。

添付ファイル

  • Profiles.rarダウンロード

ステップ5:フレームを組み立てる

フレームは、3D印刷されたピースを使用して組み立てられました。 これらのピースは、ステップ3でダウンロードできます。これらを使用するか、鉄のピースを購入して、さらに堅牢にできます。 カバーを組み立てるには、ヒンジと「voet deksel」も印刷する必要があります。

プロファイルを組み立てるには、まず下のプロファイル、次に縦のプロファイル、上のプロファイル、すべての中間のプロファイルを組み立てることから始めます。 残りの作業が完了したら、カバーを取り付けることができます。 このステップの添付ファイルには、マウントする必要があるプロファイルと場所を示すガイドが含まれています。

添付ファイル

  • アセンブリバックview.pdfダウンロード
  • Assembly Right view.pdfダウンロード
  • Assembly Top view.pdfダウンロード
  • Assembly.pdfダウンロード

ステップ6:レールとモーターを取り付ける

レーザーカッターの完全なフレームができたので、すべてのレール、ステッピングモーター、その他の部品を非常に簡単に取り付けることができます。 すぐにすべてにアクセスできるので、プレートを取り付ける前にこれを行うのが最善です。

それらの部品を取り付けるには、私がそれをどのようにしたかを写真で見てください。これがそれを説明する最も簡単な方法だと思います。 変更する必要があるのは、X軸のリミットスイッチだけです。 軸の最も遠い点に取り付けられており、最も近い点に配置する必要があります。 使用するソフトウェア(inkscape)では、ゼロ位置が左下隅に配置されるため、これを変更する必要があります。 通常のレーザーカッターは左上隅を使用しますが、これは実際にはカットの品質に影響を与えないため、作業領域の左下隅がホームポジションとして使用されます。

また、Y軸に取り付けられたミラーホルダーを変更しました。同じ場所に取り付ける必要がありますが、その動きに起因する軸の振動に対してもう少し抵抗力があるように設計を変更しました。

また、レール上のリニアベアリングを初めてスライドさせるときは、非常に(!)注意してください。 間違っていると、ベアリングの小さなボールが失われ、これは非常に面倒です。

ステップ7:プレートをカットして曲げます

私の学校には、CNCミラーがあります。そのため、プレートは私の先生の一人によってカットされました。 自宅にCNCミラーを持っている人は多くないと思います。 それは問題ではありません! アクリルシートのほぼすべてのサプライヤーは、安価な価格でCNCカットを提供しています。 この手順では、レーザーカッター用に切断する必要があるすべてのプレートの.dxfファイルを含めました。 私のマシンのサイドパネルは12 mmです。 私たちは学校で小さいシートを持っていなかったので、彼らはとても厚いです、そして私は暗いプレキシと高圧ラミネートの組み合わせが好きでした。 サイドパネルの厚さは実際には関係ありません。 ファイルの名前で、プレートの厚さ、素材、色、量に言及しました。

カバーに使用されている8 mmのダークアクリルシートもカットする必要があります。 これらのシートのうち2つはベゼルに合わせて曲げる必要があるため、地元の会社に問い合わせました。 ベベルの寸法を含むファイルもこの手順に含まれます。 繰り返しますが、このシートでは、非常にリーズナブルな価格で購入できるため、8 mmアクリルを使用しました。 カバーに6または4 mmアクリルを使用することをお勧めします。1。完全な価格で購入する必要がある場合は安価です。 2.カバーは今ほど重くなりません。 3.プレートを曲げる方が安くて簡単です。

また、作業エリアのベースとして18 mm MDFシートが必要です。 通常の趣味のレーザーカッターは、ハニカムテーブルまたはそのようなものを使用しますが、このようなグリッドはこのレーザーカッターの寸法に対して非常にコストがかかります。 そこで、代わりにMDFシートを使用することにしました。 通常は問題にはなりませんが、この用途には耐火MDF(はい、存在します)をお勧めします。

添付ファイル

  • Plates.rarダウンロード

ステップ8:プレートの(ほとんど)のマウント

軸、ステッピングモーター、その他の(3D印刷)パーツを取り付けたので、プレートを取り付けます。 バックプレートと電子機器の側面のサイドプレートを除く、ほぼすべてのプレートを取り付けました。 電子機器、レーザー、水タンクなどの部品がまだそこに取り付けられているため、それらの部屋は開いたままにしておく必要があります。

また、換気エリアのプロファイルとすべてのプレートの間に、「エアストリップ」を接着しました(英語でどのように呼ぶかわかりませんが、「tochtstrip」と呼びます)、写真で見ることができます。 このストリップは、煙がプロファイルとプレートの間の換気室から漏れるのを防ぎます。 これを強くお勧めします!

ステップ9:レーザー、水冷回路、ファンを追加します

40 W CO2レーザーが使用されるため、レーザー自体を冷却する必要があります。 これは水冷によって行われます。 古い90 mm PVCパイプ(長さ800 mm)で水タンクを作りました。 水はタンクからレーザーに送られ、水を冷却するための銅パイプに送られ、タンクに戻されます。

銅パイプについては、1 mの12 mmの銅パイプを3本、女性と女性の肘2本、男性と女性の肘2本を購入し、写真のようにはんだ付けしました。 銅製のパイプは換気室の内側に取​​り付けられるため、もう一方のプレートに一列に取り付けられた10台のコンピューターファンは常に水を冷却できるようにパイプに空気を吹き付けます。 このようにして、ファンは作業エリアから煙を抽出するだけでなく、冷却水を冷却します。

先ほど述べたように、10基のコンピューターファンが作業エリアの背面に取り付けられ、煙を抽出します。 このインストラクションのほとんどの写真では、プレートの背面にフィルターが取り付けられているため、ファンは実際に換気室の中にあります。 ファンの流量が大幅に減少したため、これを変更する必要がありました。 これは、ファンとフィルターの後ろに十分なスペースがなかったためです。 現在、ファンはプレートの前面に取り付けられており、より効果的です。

冷却水用のチューブがどのようにエレメントに接続されているかのスケッチを描きました。 ポンプの水流の方向を確認できます。

ステップ10:エレクトロニクス

電子機器は写真では難しいように見えるかもしれませんが、実際には非常に簡単です。 2つの電源があり、1つはファン、ポンプ、モーター用の12 V、もう1つはマイクロコントローラーに電力を供給する5 V電源です。 arduinoは、ステッピングモータードライバーとCO2レーザーのドライバーに接続されています。 Raspberry piはいくつかのボタンに接続されています。 カバーが閉じているかどうかを検出するボタンと、緊急停止ボタンがあります。 raspberry Piはリレーモジュールも制御します。 あなたが見ることができる他の部品は、非常停止回路用のリレーと、カバーが開いているときにレーザーへの電源をオフにするソリッドステートリレーです。

2つの抵抗(825オーム)と2つのコンデンサ(1000µF)を除き、使用されているすべての電子機器がBOMに記載されています。 電源、arduino、ステッピングモータードライバー、およびリレーをプレートに取り付けたため、作業が簡単になりました。 電子写真のレイアウトを写真で見ることができます。

すべてのドライバーとマイクロコントローラーの完全な配線図を含めました。それらを配線する最良の方法は、図を印刷して、既に接続した配線をマークするだけです。 実際には非常に簡単な仕事です。

Arduinoのホーミング回路に2つの抵抗を追加しました。 arduinoには既に内部プルアップ抵抗がありますが、それらは弱すぎて、希望どおりに動作しません。

ステッピングモータードライバーは16マイクロステップに設定されています。これは、モーターのすべてのステップが16の別個のステップに分割されていることを意味します。 そのため、当社のステッピングモーターは、200の代わりにマイクロステップで1回転あたり3200ステップを実行する必要があります。2つのステッピングモーターが並列に接続されているため、y軸のモーターのドライバーを3, 3Aに設定する必要があります。 x軸用のものは1, 8Aに設定できます。 また、ドライバーの電源ラインに25V 1000µFのコンデンサを接続しました。これにより、電源ラインでの干渉が防止されます。

添付ファイル

  • Wiring diagram.pdfダウンロード

ステップ11:Arduinoをセットアップする

レーザーカッターはGcodesで動作します。 これらは、どのような種類の動きが必要で、どこに行く必要があるかを機械に伝えるコードです。 そのためには、Gcodeインタープリターが必要です。 このデバイスは、コンピューター(またはタッチスクリーン付きラズベリーパイ)からコードを読み取り、ステッパーモータードライバーとレーザードライバー用のパルスに変換します。

GRBLで実行されているarduinoをgcodeインタープリターとして使用しました。 GRBLは無料のオープンソースソフトウェアです。

まず、お使いのコンピューターに最新バージョンのarduino IDEがインストールされていない場合、インストールする必要があります。 これにより、コンピューターがarduinoを認識してGRBLをコンパイルできるようになります。

GRBLの最新バージョンはここからダウンロードできます。

GRBLをコンパイルする前に、コードの一部を編集して、ホーミング(ホームポジションに戻る)を可能にする必要があります。 .zipファイルを解凍し、フォルダー「grbl」に移動して、ワードパッドで構成ファイルを開きます。 crtl-Fを使用して「ホーミング」を見つけ、「#define HOMING_INIT_LOCK」が見つかるまで検索します。 「// #define HOMING_INIT_LOCK」に変更します。 これにより、ホーミングがオプションになり、ジョブを実行する前に必要なくなります。 変更する必要がある他の4つのことは次のとおりです。

"#define HOMING_CYCLE_0(1 ... Z_AXIS)"、この行にコメントを付けます。 (行の先頭に「//」を追加します)

"#define HOMING_CYCLE_1((1 ... X_AXIS)|(1 ... Y_AXIS))"、この行をコメントします。

"// #define HOMING_CYCLE_0(1 ... X_AXIS)"、この行のコメントを外します。 (削除する "//")

"// #define HOMING_CYCLE_1(1 ... Y_AXIS)"、この行のコメントを外します。

「...」はこれらの矢印に置き換える必要がありますが、おそらくバグか何かがあるため、ここに入力することはできません。

これらの変更は、Z軸を使用しないことをGRBLに伝えます。これは、レーザーカッターがホームポジションに戻りたい場合、Z軸を最初にホームするためです。 ワードパッドを閉じるときに保存することを忘れないでください。

grblをarduinoにコンパイルできるようになったので、GRBLのコンパイルページを参照します。

それが完了したら、arduino IDEを再度開き、シリアルモニター(右上隅)を開きます。 最初にボーレートを115200に設定し、「$$」と入力します。 ここで、いくつかの値を変更する必要があります。 このステップでアップロードした画像で、変更する必要がある値を確認できます。 これらすべての数値について詳しく知りたい場合は、このページをご覧ください。

ステップ12:Raspberry Piをセットアップする

今のところ、ライトやその他の機能を制御するための4つのプッシュボタンを備えたラズベリーパイ用の簡単なコードを記述しました。 また、レーザーをオンにする前にいくつかの安全性チェックを行います。 すでに述べたように、目的はスタンドアロンのレーザーカッターを構築することです。つまり、ラズベリーはUSBドライブからコードを読み取り、それらを1つずつarduinoに送信します。 その場合、コンピューターは必要ありません。 残念ながら、現時点ではそうする時間がないので、今は簡単なコードを書いたところです。 この目標を達成するために、私は間違いなく作業とプログラミングを続けます!

SDカードの画像ファイルをアップロードしたので、必要なのは画像ファイルをダウンロードし、win32diskimagerを使用してファイルを4GB SDカードに書き込むことだけです。

コードを編集したい、またはより機能的にするためにコードの開発を続けたい人のために、コード自体もアップロードしました。 Visual Studio 2017でC#で記述されています。

添付ファイル

  • Lasercutter image.rarダウンロード
  • Lasercutter.rarダウンロード

ステップ13:ミラーの調整

これで電子機器とソフトウェアが完成し、レーザーカッターを使用する準備がほぼ整いました。 あとは、レーザービームを正しい場所に導くためにミラーを調整するだけです。 あなたが知っているように、レーザービームはミラーを使用して正しい方向に導かれるため、これは重要であり、正しく行われる必要があります。 ミラーの1つが間違った方向に反射している場合、ビームは適切な場所に届かないか、燃やす必要のない何かを燃やすでしょう。

これを行うには、木片や厚紙などを取り、2番目のミラー(Y軸に沿って移動するミラー)に両面テープで貼り付けます。 Y軸を最初のミラー(レーザー自体の隣のミラー)の最も近い点までスライドさせます。 レーザードライバーのテストボタンをすばやく押します。 これで、レーザーが木片にドットを付けました。 次に、Y軸を軸の最も遠いポイントまでスライドさせ、テストボタンをもう一度押します。 レーザーは木製の部分に別の点をマークします。 目的は、2つのドットが完全に同じ場所にあることです。 そのため、新しい木材でこれを数回繰り返す必要があります。 各セッションの間に、これらのボルトを回して最初のミラーを調整する必要があります。 そのスポットをミラーの中心に置き、位置を調整してからミラーを調整してください。

最初のミラーが調整されると、2番目のミラーについてもまったく同じことができます。

最後のミラー(ビームをレンズに下向きに導くミラー)については、ビームが完全に垂直になるまでミラーを調整しました。

ご覧のとおり、これは非常に簡単で、15分しかかかりません。 レーザーカッターを数時間稼働させた後、この手順をやり直す必要があります。

ステップ14:最後のプレートを取り付ける

レーザーが正しく較正され、すべてがテストされると、最後のプレートを構造物に取り付けることができます。 これで、排気管、電子機器の冷却ファン、電源プラグもバックプレートに取り付けることができます。

ステップ15:レーザーカッターの使用方法

このレーザーカッターを使用するには、Gコードを生成してarduinoに送信する必要があります。

レーザーカッターを使用するには、ベクターモードとラスターモードの2つの方法があります。 ベクトルモードでは、オブジェクトの輪郭がカットまたは彫刻されます。 ラスターモードでは、輪郭だけでなく、オブジェクト自体が彫刻されます。

カットする必要があるオブジェクトを設計するには、inkscape V0.91を使用します。 Gコードを生成するための2つの拡張機能。 ベクトルモード用です。 そして、もう1つはラスターモード用です。 .svg、.dxf、.jpegなどのファイルをインポートすることもできます...

Gコードをarduinoに送信するために、LaserGRBLが使用されています。

これらはすべて、レーザーカッターに仕事をさせるために必要なファイルとプログラムです。 レーザー自体は、ポンプが作動し、カバーが閉じられている場合にのみ機能することに注意してください。

ステップ16:作成!

今、あなたはあなた自身の素晴らしいCO2レーザーカッターを持っています。 このような機械を手に入れたら、空は限界です! あなたは本当にあなたが欲しいものを作ることができます! 私はすでにたくさんのキーホルダー、グレースケールの写真、箱、誕生日カード、そして簡単なアヒルさえ作っています!

これは本当に楽しいプロジェクトでした。私はこのレーザーカッターの設計、構築、プログラミング、テストに昼夜を問わず取り組みました。 このような機械を作ることは、ここ数年で情熱になり、私の人生でこのようなことを続けていきたいと思っています!

私と同じようにこのプロジェクトを気に入っていただければ幸いです! あなたが私の指導者が好きなら、私に投票してください、私は本当に感謝します。 このレーザーカッターのプレステーションをプロ仕様のものと比較したいと思います。

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