Самодельный миниатюрный лазерный гравер на Arduino Uno / Хабр

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.

Создание лазерного гравера

Для простых работ, вроде выжигания узоров на дереве, не нужны сложные и дорогие устройства. Достаточно будет самодельного лазерного гравёра, работающего от аккумулятора.

Прежде чем делать гравёр, необходимо приготовить для его сборки следующие детали:

Лазерный диод из DVD-RW привода.
Фокусирующая линза.
Алюминиевый П-образный профиль или трубка из цветного металла со внутренним диаметром 15-20 мм.
Электролитический конденсатор 50 В, 2200 мкФ.
Резистор 5 Ом.
Плёночный конденсатор 100 нФ.
Тактовая кнопка.
Выключатель.
Теплопроводящий клей.
Аккумулятор типа 18650 и холдер для него.
Коробка из-под губки для обуви.
Скотч, в том числе и двухсторонний.
Клеевой термопистолет с расходниками.
Контроллер заряда.
Гнездо Jack 2,1 Х 5,5 мм.

Вытащите из DVD-привода пишущую головку.

Аккуратно извлеките фокусирующую линзу и разбирайте корпус головки до тех пор, пока не увидите 2 лазера, спрятанных в теплораспределяющие кожухи.

Один из них — инфракрасный, для считывания информации с диска. Второй, красный, — пишущий. Для того чтобы их отличить, подайте на их выводы напряжение в 3 вольта.

Распиновка выводов:

Перед проверкой обязательно наденьте тёмные очки. Ни в коем случае не проверяйте лазер, глядя на окошко диода. Смотреть нужно только на отражение луча.

Необходимо выбрать лазер, который засветился. Оставшийся можно выбросить, если не знаете, куда его применить. Для защиты от статики спаяйте все выводы диода вместе и отложите его в сторонку. Отпилите от профиля 15 см отрезок. Просверлите в нём отверстие под тактовую кнопку. Проделайте в коробке вырезы под профиль, гнездо для зарядки и выключатель.

Принципиальная схема лазерного гравёра из DVD своими руками выглядит следующим образом:

Залудите контактные площадки на плате контроля заряда и холдере:

С помощью проводов к контактам В+ и В- контроллера заряда припаяйте отсек для аккумулятора. Контакты + и — идут на гнездо, оставшиеся 2 — на лазерный диод. Сначала навесным монтажом спаяйте схему питания лазера и хорошо заизолируйте её скотчем.

Проследите, чтобы выводы радиодеталей не замыкались между собой. Припаяйте к питающей схеме лазерный диод и кнопку. Поместите собранное устройство в профиль и приклейте лазер теплопроводящим клеем. Остальные детали закрепите на двухсторонний скотч. Установите на своё место тактовую кнопку.

Вставьте профиль в коробку, выведите провода и закрепите его термоклеем. Припаяйте выключатель и установите его. Ту же процедуру проделайте с гнездом для зарядки. Термопистолетом приклейте на свои места аккумуляторный отсек и контроллер заряда. Вставьте в холдер батарею и закройте коробку крышкой.

Перед началом использования нужно настроить лазер. Для этого в 10 сантиметрах от него поставьте лист бумаги, который будет мишенью для лазерного луча. Разместите фокусирующую линзу перед диодом. Отдаляя и приближая её, добейтесь прожига мишени. Приклейте линзу к профилю в месте, где был достигнут наибольший эффект.

Собранный гравёр отлично подойдёт для мелких работ и развлекательных целей вроде поджигания спичек и прожига воздушных шариков.

Помните, что гравёр — это не игрушка, детям давать его нельзя. Лазерный луч при попадании в глаза вызывает необратимые последствия, поэтому храните устройство в недоступном для детей месте.

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.

Сфера применения

Мини-дрель широко используется для выполнения разных задач.

Создание отверстий в пластике, платах для микросхем и иных предметах. Разумеется, толстое железо приспособление просверлить не сможет, но чтобы проделать отверстие в листе толщиной до одного миллиметра, силенок хватит.
Завинчивание и отвинчивание винтов с маленькой шляпой и резьбой. Подобный крепеж попадается главным образом на автоматах (выключатели), щитах электрической проводки, в оргтехнике, а также в маломощных электрических двигателях небольшого размера.
Оснащенная специальными насадками, она может употребляться в роли гравера либо шлифмашины, для этого в ее патрон ставятся шаровидные насадки с шероховатой рабочей плоскостью. В ходе вращения насадка обрабатывает деталь либо наносит необходимый рисунок.

Это основные сферы, где практикуется мини-дрель, но, помимо них, обширное применение она обрела в быту, к примеру, для обработки (зачистки) двух склеиваемых предметов из пластмассы либо стекла. При подготовке стыков оба изделия зачищаются, после этого поверхности подгоняются так, чтобы куски вплотную примыкали друг к дружке.

Сборка электрического гравера со штативом и гибким валом

Электрический гравер – это самая распространенная в домашних условиях разновидность данного рода инструментов. Чтобы сделать функционально полноценное устройство самостоятельно, способное соперничать с аналогами промышленного производства, понадобится электродвигатель, который работает от переменного тока 220 V. Такие электрические моторы можно взять со следующей техники:

катушечных магнитофонов советского образца;
DVD-проигрывателей;
стиральных машин;
угловых шлифовальных машин;
электрических швейных машин.

Последний вариант является оптимальным, потому что есть возможность регулировки числа оборотов в достаточно широком диапазоне с помощью встроенного реостата.

Для бытового использования достаточно бормашины со скоростью вращения двигателя на холостом ходу до 6 тысяч оборотов в минуту.

Держать в одной руке электромотор от любой из перечисленных разновидностей техники неудобно, а также в большинстве случаев просто невозможно. Поэтому понадобится гибкий вал для гравера. При этом общий вид будущего устройства получится, приблизительно, как на фотографии далее.

Функциональные возможности создаваемого приспособления для гравирования будут зависеть от применяемых при сборке материалов и механизмов. Мотор можно поставить на столе, но удобнее сделать штатив для гравера, вернее его подобие.

Изготовление гибкого вала

С гибким валом все относительно просто. Его можно сделать несколькими способами:

из старого приводного вала, например, от стоматологической бормашины;
воспользовавшись тросиком спидометра мотоцикла либо автомобиля.

Рабочую насадку на вал можно также использовать от бормашины либо изготовить самостоятельно из разных материалов, например, из дерева, текстолита, пластиковых труб. Из текстолита приспособление (ручку) для удержания оснастки делают так:

отрезают 2 текстолитовые платины (толщина листа должна быть около 1 см) размером примерно 2 на 10 см;
соединяют их вместе и обтачивают напильником или на наждаке снаружи, чтобы получился цилиндр;
протачивают с внутренней стороны пазы;
металлическими кольцами фиксируют части друг с другом;
в переднюю часть ручки вставляют трубочку, под патрон, состоящий из двух отдельных половинок, соединяемых при помощи болта.

В итоге получится рукоять, как на фото ниже.

Сделанное внутреннее отверстие между текстолитовыми пластинами должно быть такого сечения, чтобы не препятствовать свободному вращению тросика. В патрон можно будет вставлять насадки с диаметром хвостовиков от 2 до 5 мм.

Сборка гравировальной установки

Очень просто сделать штатив (основание для установки электродвигателя) из фанеры либо того же текстолита. Для этого поступают так:

вырезают из листа материала несколько кусков (достаточно 4) соответствующего электродвигателю размера;
к одному из фрагментов прикрепляют мотор с помощью хомутов;
собирают короб;
в передней части просверливают отверстие под гибкий вал.

Созданную конструкцию подвешивают к стене.

Удобно использовать заводской держатель на струбцинах для гравера, если позволяют размеры электродвигателя. Крепление подсоединяется к любому столу. Но такое приспособление потребуется приобрести дополнительно.

Дальнейшую сборку гравировального устройства выполняют в такой последовательности:

с помощью муфты, созданной из просверленного болта, соединяют тросик с валом электродвигателя;

одевают на тросик резиновый шланг соответствующего диаметра и присоединяют к нему сделанную ручку;

устанавливают пусковую кнопку;
подсоединяют оборудование к сети;

проверяют работоспособность сделанного приспособления.

Самодельная бормашина позволит обрабатывать древесину, кость, метал, стекло, пластик, керамические заготовки, а также разные металлы, природный и искусственный камень.

Можно также применять при создании самодельных прямошлифовальных машин электромоторы, рассчитанные на 380 V, но если их можно приспособить на 220. В таких случаях понадобится дополнительно повозиться. Информации по данному вопросу много как в интернете, так и в книгах по электротехнике.

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.

Варианты оболочки

Если ради того, чтобы сделать приспособление для зажима, будет необходимо зайти на Aliexpress либо иной похожий портал в поиске цангового патрона, с кожухом все значительно легче. Для его создания сгодится хлам, которое по обыкновению выбрасывается.

Разберем несколько вариаций.

Флакон от дезодоранта-антиперспиранта. Отдельные емкости из пластика безупречно подходят по габаритам под мотор от аудиомагнитофона либо проигрывателя компакт–дисков. В ситуации, когда двигатель немного больше по габаритам, следует вставить его с незначительной натяжкой. В крышке флакона от антиперспиранта надо прорезать отверстие для выведения цангового патрона. Для большей практичности в самом низу можно поставить гнездо для подсоединения источника питания, а с боковой стороны кнопочку включения/отключения. Это дает возможность держать дрель в стороне от блока.

Особенности использования контуров

Если вы уже разобрались с вопросом, как сделать ручной лазерный гравер, то вам необходимо уточнить вопрос о параметрах контуров, которые можно наносить с помощью такого устройства. Такие контуры, внутренняя часть которых не закрашивается даже при перекрашивании исходного рисунка, следует передавать в контроллер гравера через файлы не в пиксельном (jpeg), а в векторном формате. Это значит, что изображение или надпись, нанесенные на поверхность заготовки с помощью такого гравера, будут состоять не из пикселей, а из точек. Размер таких изображений и надписей можно изменять по желанию, ориентируясь на поверхность, на которую они будут наноситься.

С помощью лазерного гравера практически все рисунки и надписи можно нанести на поверхность изделия, но для этого их компьютерные модели необходимо преобразовать в векторный формат. Процедура эта несложная — для этого используются специальные программы Inkscape или Adobe Illustrator. Файл, который уже был преобразован в векторный формат, необходимо снова преобразовать, чтобы он мог правильно восприниматься контроллером гравировального станка. Для этого преобразования используется Inkscape Laserengraver.

Источники

https://met-all.org/oborudovanie/prochee/lazernyj-graver-svoimi-rukami-iz-printera-dvd-pleer.html
https://homius.ru/lazernyj-gravjor-svoimi-rukami.html
https://tpspribor.ru/svoimi-rukami/izgotovlenie-lazernogo-gravera-svoimi-rukami.html
https://electronicparts.ru/svoimi-rukami/lazernyj-graver-na-arduino-delaem-svoimi-rukami.html
https://Gistroy.ru/article/lazernyj-graver-svoimi-rukami-1/
https://tokar.guru/samodelkin/izgotovlenie-lazernogo-gravera-svoimi-rukami.html
https://VseOChpu.ru/lazernyj-stanok-svoimi-rukami/
https://SuTime.ru/pro-stanki/graver-svoimi-rukami.html
https://zetsila.ru/%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%BA-%D0%BB%D0%B0%D0%B7%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0%B9-%D1%80%D0%B5%D0%B7%D0%BA%D0%B8-%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B8%D0%BC%D0%B8-%D1%80%D1%83%D0%BA%D0%B0%D0%BC%D0%B8/
https://3dradar.ru/3dmodels/50714/
https://instanko.ru/drugoe/lazernyj-graver-svoimi-rukami.html

[свернуть]

Из рыболовной катушки

Простой и эффективный вариант мини-дрели можно сконструировать, используя в качестве привода катушечный механизм обыкновенной удочки. Такой инструмент будет работать как бур, на котором вращательный момент рукоятки передается через зубчатую шестерню.
От мастера потребуется только демонтировать лесочную шпульку катушки и подрезать ось, после чего на их место приварить или приклеить цангу или патрон от неработающей дрели, в котором будет фиксироваться сверло.

Как сделать дрель для плат:

Сейчас же сделать дрель для сверления печатных плат стало намного проще. Достаточно найти или купить за копейки б/у-шный струйный принтер с блоком питания, а так же купить специальный цанговый патрончик под сверла 0,7 – 1,5 мм, повсеместно продающийся во всяких интернет аукционах и интернет магазинах. Эти цанговые патроны могут продаваться и во всевозможных строительно-инструментальных магазинах, авто рынках, «железячных» рынках. Цена примерно 2 USD за штуку (может и дешевле).

Что интересно – эти цанговые патроны бывают под два разных посадочных диаметра вала: 2,3 мм и 3,2 мм. Как раз именно такие два типа двигателей и применяются в принтерах. То есть при изготовлении этой мини дрели для начала нужно определиться с моторчиком и замерить диаметр его вала. Сам же моторчик от принтера – это двигатель постоянного тока на напряжение 24 вольта (моторчик сервопривода поперечной подачи каретки принтера). Они однотипные почти во всех принтерах. Необходимо разобрать привод каретки, вытащить двигатель, снять штатную шестерню с вала и надеть цанговый патрончик. Фиксируется на валу он крепежными винтами.

В моем случае моторчик был снят с какого то старого принтера, вроде бы Hewlett Packard Deskjet 640.

Пусковая кнопка дрели – любой конструкции, на соответствующий ток моторчика. Я применил кнопку – контактор от советского бобинного магнитофона.

Желательно так же чтобы принтер донор имел импульсный блок питания. Он компактный, легкий и очень удобен в использовании. Ранние модели струйных принтеров имели трансформаторный блок питания –весьма громоздкое устройство, весом около килограмма. В плане эксплуатации не очень удобно, хотя тоже возможен и такой вариант. В общем, блок питания на 24 вольта соединяется с моторчиком на 24 вольта через кнопку, закрепляемую на корпусе моторчика изолентой.

Для хранения мини дрели весьма удобно использовать сумку — портмоне для лазерных компьютерных дисков, предварительно вырезав из неё аккуратно вкладыши для самих дисков.

Я и Диод. yaidiod.ru.