Многие из тех домашних умельцев, которые в своей мастерской занимаются изготовлением и декоративным оформлением изделий из древесины и других материалов, наверняка задумывались над тем, как сделать лазерный гравер своими руками. Наличие такого оборудования, серийные модели которого стоят достаточно дорого, позволяет не только наносить на поверхность обрабатываемого изделия сложнейшие рисунки с высокой точностью и детализацией, но и осуществлять лазерную резку различных материалов.
Самодельный лазерный станок в процессе гравировки по дереву
Самодельный лазерный гравер, который обойдется значительно дешевле, чем серийная модель, можно изготовить даже в том случае, если вы не обладаете глубокими знаниями в электронике и механике. Лазерный гравер предлагаемой конструкции собирается на аппаратной платформе «Ардуино» (Arduino) и имеет мощность 3 Вт, тогда как у промышленных моделей этот параметр составляет не менее 400 Вт. Однако даже такая невысокая мощность позволяет использовать данный аппарат для резки изделий из пенополистирола, пробковых листов, пластика и картона, а также выполнять качественную лазерную гравировку.
Этот гравер справится и с тонким пластиком
Необходимые материалы
Для того чтобы самостоятельно изготовить лазерный гравер на Arduino, потребуются следующие расходные материалы, механизмы и инструменты:
- аппаратная платформа Arduino R3;
- плата Proto Board, оснащенная дисплеем;
- шаговые двигатели, в качестве которых можно использовать электромоторы из принтера или из DVD-плеера;
- лазер, мощность которого составляет 3 Вт;
- устройство для охлаждения лазера;
- регулятор напряжения постоянного тока DC-DC;
- транзистор MOSFET;
- электронные платы, при помощи которых осуществляется управление двигателями лазерного гравера;
- выключатели концевого типа;
- корпус, в котором можно разместить все элементы конструкции самодельного гравера;
- зубчатые ремни и шкивы для их установки;
- шарикоподшипники различных типоразмеров;
- четыре деревянных доски (две из них с размерами 135х10х2 см, а две другие – 125х10х2 см);
- четыре металлических стержня круглого сечения, диаметр которых составляет 10 мм;
- болты, гайки и винты;
- смазочный материал;
- стяжки-хомуты;
- компьютер;
- сверла различного диаметра;
- циркулярная пила;
- наждачная бумага;
- тиски;
- стандартный набор слесарных инструментов.
Наибольшего вложения потребует электронная часть станка
Изготовление прибора с ЧПУ
При больших объемах работы обычный гравер с нагрузкой не справится. Если вы будете использовать его часто и много, вам понадобится устройство с числовым программным управлением.
Сборка внутренней части
Даже в домашних условиях можно сделать лазерный гравер. Для этого снимите с принтера шаговые двигатели и направляющие. Они запустят лазер.
Полный список необходимых запчастей выглядит следующим образом:
- Лазерный диод от записывающего устройства.
- Радиатор на диод.
- 3 шаговых двигателя.
- 6 круглых направляющих.
- Крепеж для направляющих.
- 3 двойные тележки или 6 одинарных тележек.
- Блок питания 5 В, 4 А.
- Arduino UNO.
- 2 драйвера шагового двигателя.
- 2 переключателя.
- Лист 50 х 50 см и толщиной 2 мм (для основы).
- Большой лист фанеры.
- Уголки для крепления фанеры.
- Саморезы.
- 2 петли мебельные.
- Провода сечением 0,5 мм².
- Мобильный кабельный канал.
- Пластиковые стяжки.
- Транзистор IRFZ44.
- 2 прижимных ролика.
- 5 передач.
- Металлический стержень (ось для шестерен и роликов).
- 4 подшипника.
- Зубчатый ремень.
- Понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный ток 2 А
- Четыре концевых выключателя.
- Кнопка часов.
- Разъем 2,1 x 5,5 мм.
- 4 резиновые или силиконовые ножки.
- Клей для теплопередачи.
- Эпоксидная смола с отвердителем.
Измерьте длину направляющих и разделите их на две группы. В первом будет 4 коротких, во втором — 2 длинных. Рельсы одной группы должны быть одинаковой длины.
К длине каждой группы направляющих прибавьте по 10 сантиметров и вырежьте основу по полученным размерам. Из вырезов сложите П-образные опоры для крепежа и приварите их к основанию. Разметьте и просверлите внутри них отверстия для болтов.
Просверлите отверстие в радиаторе и приклейте туда лазер с помощью теплопроводящего клея. Припаиваем к нему провода и транзистор. Прикрутите радиатор к тележке.
Установите рельсовые опоры на две опоры и закрепите их болтами. Вставьте направляющие оси Y в крепежи, установите каретки оси X на их свободные концы. Вставьте оставшиеся направляющие с установленной на них лазерной головкой. Наденьте крепления на Y-образные направляющие и прикрутите их к держателям.
Просверлите отверстия в точках крепления электродвигателей и осей редукторов. Установите на место шаговые двигатели и наденьте ведущие шестерни на их валы. Вставьте предварительно вырезанные из металлического стержня планки в отверстия и зафиксируйте их эпоксидным клеем. После застывания надеть на оси шестерни и прижимные ролики с вставленными в них подшипниками.
Установите ремни ГРМ, как показано на схеме. Перед закреплением затяните их. Проверьте движение оси X и лазерной головки. Они должны двигаться с небольшим усилием, раскручивая все ролики и шестерни через ремни.
Подключите провода к лазеру, двигателям и концевым выключателям и затяните их кабельными стяжками. Полученные жгуты поместите в подвижные кабельные каналы и закрепите на каретках.
Вытяните концы ниток.
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
Фото-1
Фото-2
Фото-3
Фото-4
Фото-5
Фото-6
Процесс сборки
Самодельный гравировальный станок предложенной конструкции – это устройство челночного типа, один из подвижных элементов которого отвечает за перемещение по оси Y, а два других, спаренных, – за перемещение по оси X. За ось Z, которая также оговаривается в параметрах такого 3D-принтера, принимается глубина, на которую осуществляется прожиг обрабатываемого материала. Глубина отверстий, в которые устанавливаются элементы челночного механизма лазерного гравера, должна составлять не менее 12 мм.
Рамка рабочего стола – размеры и допуски
Фото-1
Фото-2
Фото-3
Фото-4
Фото-5
Фото-6
В качестве направляющих элементов, по которым будет перемещаться рабочая головка лазерного гравировального устройства, могут выступать алюминиевые стержни диаметром не менее 10 мм. Если найти стержни из алюминия не представляется возможным, для этих целей можно использовать стальные направляющие такого же диаметра. Необходимость применения стержней именно такого диаметра объясняется тем, что в таком случае рабочая головка лазерного гравировального устройства не будет провисать.
Изготовление подвижной каретки
Фото-1
Фото-2
Фото-3
Поверхность стержней, которые будут использоваться в качестве направляющих элементов для лазерного гравировального устройства, надо очистить от заводской смазки и тщательно отшлифовать до идеальной гладкости. Затем на них следует нанести смазывающий состав на основе белого лития, который улучшит процесс скольжения.
Сборка корпуса
Установка шаговых двигателей на корпус самодельного гравировального устройства осуществляется при помощи кронштейнов, изготовленных из листового металла. Чтобы сделать такой кронштейн, лист металла, ширина которого приблизительно соответствует ширине самого двигателя, а длина в два раза превышает длину его основания, сгибают под прямым углом. На поверхности такого кронштейна, где будет располагаться основание электромотора, сверлят 6 отверстий, 4 из которых необходимы для фиксации самого двигателя, а два остальных – для крепления кронштейна к корпусу при помощи обычных саморезов.
Для установки на вал электромотора приводного механизма, состоящего из двух шкивов, шайбы и болта, также используется кусок металлического листа соответствующего размера. Чтобы смонтировать такой узел, из металлического листа формируют П-образный профиль, в котором просверливаются отверстия для его крепления к корпусу гравера и для выхода вала электродвигателя. Шкивы, на которые будут надеваться зубчатые ремни, насаживаются на вал приводного электромотора и размещаются во внутренней части П-образного профиля. Надетые на шкивы зубчатые ремни, которые должны приводить в движение челноки гравировального устройства, соединяются с их деревянными основаниями при помощи саморезов.
Установка шаговых двигателей
Фото-1
Фото-2
Фото-3
Фото-4
Фото-5
Фото-6
Окончательная настройка и подготовка к работе
Сделав своими руками лазерный гравировальный станок и загрузив в его управляющий компьютер необходимое программное обеспечение, не приступайте сразу к работе — оборудование нуждается в окончательной настройке и настройке. Что это за регулировка? Прежде всего, необходимо убедиться, что максимальные перемещения лазерной головки станка по осям X и Y совпадают со значениями, полученными при конвертации векторного файла. Также в зависимости от толщины материала, из которого изготовлена деталь, необходимо регулировать параметры тока, подаваемого на лазерную головку. Делать это нужно для того, чтобы изделие не пригорело на поверхности, которую вы хотите выгравировать.
Очень важный и ответственный процесс — точная юстировка (юстировка) лазерной головки. Юстировка необходима для регулировки мощности и разрешения луча, создаваемого лазерной головкой вашего гравера. На дорогих серийных моделях лазерных гравировальных станков юстировка производится с помощью дополнительного маломощного лазера, установленного в основной рабочей головке. Однако в самодельных граверах обычно используются недорогие лазерные головки, поэтому такой способ настройки луча для них не подходит.
Сначала проверьте свой лазерный гравер DIY с помощью простых дизайнов
Достаточно качественную юстировку самодельного лазерного гравера можно произвести с помощью снятого с лазерной указки светодиода. Провода светодиода подключаются к источнику питания с напряжением 3 В и крепятся к рабочему концу штатного лазера. Путем попеременного включения и регулировки положения лучей, исходящих от тестового светодиода и лазерной головки, они достигают совмещения в одной точке. Удобство использования светодиода от лазерной указки заключается в том, что юстировку с его помощью можно производить без риска повредить как руки, так и глаза оператора гравировального станка.
На видео показан процесс подключения гравера к компьютеру, настройки программного обеспечения и подготовки станка к работе.
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.
Особенности использования контуров
Если с вопросом о том, как сделать ручной лазерный гравер, вы уже разобрались, то необходимо прояснить и вопрос о параметрах контуров, которые могут наноситься при помощи такого устройства. Такие контуры, внутренняя часть которых не заполняется даже в том случае, если исходный рисунок закрашен, должны передаваться на контроллер гравера файлами не в пиксельном (jpeg), а векторном формате. Это значит, что изображение или надпись, наносимые на поверхность обрабатываемого изделия при помощи такого гравера, будут состоять не из пикселей, а из точек. Такие изображения и надписи можно как угодно масштабировать, ориентируясь на площадь поверхности, на которую они должны быть нанесены.
При помощи лазерного гравера на поверхность обрабатываемого изделия можно нанести практически любой рисунок и надпись, но для этого их компьютерные макеты необходимо перевести в векторный формат. Выполнить такую процедуру несложно: для этого используются специальные программы Inkscape или Adobe Illustrator. Файл, уже переведенный в векторный формат, необходимо преобразовать еще раз, чтобы его смог корректно воспринимать контроллер гравировальной установки. Для такого преобразования используется программа Inkscape Laserengraver.
Самодельный инструмент для вырезания и обработки фанеры
Учитывая дороговизну заводского оборудования, все больше и больше людей пытаются сделать станок для лазерной резки фанеры своими руками. Однако перед тем, как приступить к такой процедуре, убедитесь, что у вас есть определенные навыки и вы готовы вложить много времени и усилий в предстоящее дело.
При изготовлении лазерного оборудования следует учитывать ряд особенностей:
Определите силовые показатели будущего автомобиля. Не секрет, что на этапе создания системы необходимо использовать специальные дорогостоящие устройства с высокими показателями мощности, поэтому общая стоимость финальной модели составляет не менее 600 долларов.- Найдите подходящие батареи и охлаждение. Как уже было сказано выше, для охлаждения газа, движущегося по трубе, необходимо использовать воду и насос, который будет перекачивать его в наиболее уязвимые узлы системы. Для нормальной работы машине требуется не менее 100 литров жидкости.
- Поэтому необходимо провести тонкую настройку всех элементов лазерной системы. Для совершения такого действия необходимо иметь хотя бы минимальный опыт и затратить много времени. Это говорит о том, что иногда гораздо проще приобрести готовое изобретение, чем пытаться создать его самостоятельно, но все неоднозначно.
Лазерная резка листов фанеры остается сложным процессом, но при правильном подходе позволяет создавать настоящие произведения искусства и замысловатые орнаменты.
