Mini graveur laser CNC

Ce qui m’a donné d’excellents résultats en gravure laser même dans les moindres détails, cette machine est capable de bien faire le travail. Vous pouvez voir les détails dans l’œil de l’image gravée. La zone de jeu est de 40 mm x 40 mm maximum.

Pièces et matériaux requis

  • Arduino Nano (avec câble USB)
  • 2x mécanisme pas à pas pour lecteur DVD
  • 2 modules de commande de moteur pas à pas A4988 (ou blindage GRBL)
  • Laser 250 mW avec objectif réglable (ou supérieur)
  • Alimentation 12v 2Amps minimum
  • 1x Mosfet IRFZ44N N-CHANNEL
  • 1x résistance 10k
  • 1x résistance 47ohm
  • 1x régulateur de tension LM7805 (avec dissipateur thermique)
  • Carte PCB vierge
  • En-têtes masculins et féminins
  • 2,5 mm JST XH-
  • Style Connecteur mâle 2 broches
  • 1x 1000uf 16v Condensateur Jumper cables
  • 8 petits aimants en néodyme (que j’ai récupérés du mécanisme de l’objectif DVD)
  • 1x 2 broches fiche dans le connecteur du bornier à vis Liens zippés (100 mm)
  • Super colle
  • 6x vis M3x12
  • 8 vis M2x5
  • Lunettes de sécurité laser

Pièces imprimées

Print Settings:
Layer height: 0.2mm

Infill: < 25%

Supports: No

Démontage du mechnaisme du lecteur de DVD

Deux mécanismes de pilote de DVD sont requis, l’un pour l’axe X et le second pour l’axe Y. À l’aide d’un petit tournevis cruciforme, j’ai retiré toutes les vis et le moteur pas à pas détaché, les rails coulissants et le suiveur. Les moteurs pas à pas sont des moteurs pas à pas bipolaires à 4 broches.

La petite taille et le faible coût d’un moteur DVD signifient que vous ne pouvez pas vous attendre haute résolution du moteur. Cela est fourni par la vis mère. De plus, tous ces moteurs ne font pas 20 pas / tour. 24 est également une spécification courante. Vous n’aurez qu’à tester votre moteur pour voir ce qu’il fait.

Procédure de calcul de la résolution du moteur pas à pas du lecteur de CD:

Afin de mesurer la résolution du moteur pas à pas du lecteur de CD / DVD, un micromètre numérique a été utilisé. La distance le long de la vis a été mesurée. La longueur totale de la vis à l’aide d’un micromètre, qui s’est avérée être 51,56 mm. Pour déterminer la valeur de plomb qui est la distance entre deux filetages adjacents sur la vis. Les fils étaient comptés pour être 12 fils dans cette distance. Fil = distance entre les fils adjacents = (longueur totale / nombre de fils = 51,56 mm) / 12 = 4,29 mm / tour. L’angle de pas est de 18 degrés ce qui correspond à 20 pas / tour. Maintenant que toutes les informations nécessaires sont disponibles, la résolution du moteur pas à pas peut être calculée comme indiqué ci-dessous: Résolution = (distance entre les fils adjacents) / (N pas / rev) = (4,29 mm / rev) / (20 pas / rev ) = 0,214 mm / pas. Ce qui est 3 fois meilleur que la résolution requise qui est de 0,68 mm / pas.

Préparation du curseur.

À l’aide de Super Glue, j’ai collé le curseur et le guide en une seule partie. Le ressort est fixé pour maintenir la tension entre le guide et la vis mère afin d’éviter les cils noirs.

Assemblage des rails coulissants pour l'axe Y

Avant d’assembler le curseur dans la base, j’ai collé 4 petits aimants en néodyme (que j’ai récupérés du mécanisme de l’objectif DVD) dans la plaque X. Ces aimants aideront à maintenir la pièce à travailler dans la zone de travail. La tige lisse gardera le mécanisme coulissant intact jusqu’à la base.

Assemblage des rails coulissants pour l'axe X

Ici, à l’aide de super colle et de vis, j’ai attaché le mécanisme de guidage au boîtier du laser. Fixez le moteur pas à pas sur la place à l’aide des vis et insérez ensuite les tiges lisses et la partie de guidage dans les trous donnés en gardant à l’esprit que le curseur se déplace librement pas trop fort. Et y attacha les piliers du cadre latéral.

Câblage des moteurs pas à pas

Pour les moteurs pas à pas, j’ai utilisé un vieux câble USB, car il a 4 fils à l’intérieur et un couvercle, et il est plus flexible et plus facile à utiliser. En utilisant le mode de continuité dans le multimètre, déterminez déterminer 2 bobine, bobine A et bobine B. J’ai fait 2 paires de fils en sélectionnant des couleurs, une paire pour la bobine A et une seconde pour la bobine B. Les soudé et utilisé un tube thermorétractable dessus.

Combiner les axes X et Y

À l’aide de 4 vis M3x12, combinez la base et le cadre latéral deux en un seul ensemble.

L'électronique

Dans GRBL, les broches numériques et analogiques d’Arduino sont réservées. le La broche «Step» pour les axes X et Y est fixée aux broches numériques 2 et 3 respectivement. La broche «Dir» pour les axes X et Y est fixée aux broches numériques 5 et 6 respectivement. D11 est pour Laser Enable. L’Arduino est alimenté par le câble USB. Les pilotes A4988 via une source d’alimentation externe. Tous les terrains partagent des connexions communes. Les VDD de A4988 sont connectés à 5V d’Arduino. Le laser que j’ai utilisé fonctionne sur 5V et possède un circuit à courant constant. Pour la source 5V constante de l’alimentation externe, le régulateur de tension LM7805 est utilisé. Le radiateur est obligatoire. Le MOSFET IRFZ44N N-CHANNEL fonctionne comme un commutateur électronique lorsqu’il reçoit un signal numérique élevé de la broche D11 d’Arduino. REMARQUE: 5 V d’Arduino nano ne peut pas être utilisé car le laser consomme plus de 250 mA et l’Arduino Nano n’est pas capable de fournir autant de courant. Configuration de Micro Stepping pour chaque axe.

Résolution MS0 MS1 MS2 Microstep. Bas Bas Bas Pas complet. Haut bas bas demi-pas. Bas Élevé Bas quart de pas. High High Low Huitième étape. Haute Haute Haute Seizième étape. Les 3 broches (MS1, MS2 et MS3) permettent de sélectionner l’une des cinq étapes résolutions selon la table de vérité ci-dessus. Ces broches ont des résistances internes de retrait, donc si nous les laissons déconnectées, la carte fonctionnera en mode pas à pas. J’ai utilisé la configuration de la 16e étape pour un fonctionnement fluide et sans bruit. La plupart (mais certainement pas tous) les moteurs pas à pas effectuent 200 pas complets par tour. En gérant de manière appropriée le courant dans les bobines, il est possible de faire bouger le moteur par petites étapes. Le Pololu A4988 peut faire bouger le moteur en 1/16 de pas – soit 3200 pas par tour.Le principal avantage du micropas est de réduire la rugosité du mouvement. Les seules positions entièrement précises sont les positions à pas complet. Le moteur ne pourra pas maintenir une position stationnaire à l’une des positions intermédiaires avec la même précision de position ou avec le même couple de maintien qu’aux positions à pas complet.Généralement, lorsque des vitesses élevées sont requises, des pas complets doivent être utilisés.

Assemblage de l'électronique sur le châssis.

Assembler la carte pilote sur la plaque arrière à l’aide de 2 vis M2 et sur le châssis de la machine à l’aide de 2 vis M3x12. Branché dans les connexions pour les moteurs pas à pas X, Y et le laser.

Réglage du courant du pilote pas à pas

Pour atteindre des taux de pas élevés, l’alimentation du moteur est généralement beaucoup plus élevée que ce qui serait permis sans limitation de courant active. Par exemple, un moteur pas à pas typique peut avoir un courant nominal maximum de 1A avec une résistance de bobine de 5Ω, ce qui indiquerait une alimentation maximale du moteur de 5 V.Utiliser un tel moteur avec 12 V permettrait des taux de pas plus élevés, mais le courant doit activement être limité à moins de 1A pour éviter d’endommager le moteur. L’A4988 prend en charge une telle limitation de courant active et le potentiomètre de trimmer sur la carte peut être utilisé pour définir la limite de courant. Une façon de définir la limite de courant est de mettre le pilote en mode pas à pas et de mesurer le courant passant par une seule bobine de moteur sans cadencer l’entrée STEP. Le courant mesuré sera de 0,7 fois la limite de courant (car les deux bobines sont toujours activées et limitées à 70% du réglage de la limite de courant en mode pas à pas). Veuillez noter que le changement de la tension logique, Vdd, à une valeur différente changera le réglage de limite de courant puisque la tension sur la broche «ref» est une fonction de Vdd. Une autre façon de définir la limite de courant consiste à mesurer la tension directement au-dessus du potentiomètre et à calculer la limite de courant résultante (les résistances de détection de courant sont de 0,1 Ω). La limite de courant se rapporte à la tension de référence comme suit: Limite de courant = VREF × 1,25 Ainsi, par exemple, si la tension de référence est de 0,6 V, la limite de courant est de 0,75A. Comme mentionné ci-dessus, en mode pas à pas, le courant à travers les bobines est limité à 70% de la limite de courant, donc pour obtenir un courant de bobine à pas complet de 1A, la limite de courant doit être 1A / 0,7 = 1,4A, ce qui correspond à une VREF de 1,4 A / 1,25 = 1,12 V. Consultez la fiche technique A4988 pour plus d’informations. Remarque: Le courant de la bobine peut être très différent du courant d’alimentation, vous ne devez donc pas utiliser le courant mesuré à l’alimentation pour définir la limite de courant. L’endroit approprié pour placer votre compteur actuel est en série avec l’une de vos bobines de moteur pas à pas.

Assemblage laser

Le laser que j’ai utilisé est le module laser focalisable 200-250mW 650nm. Le boîtier métallique extérieur fonctionne comme un dissipateur thermique pour la diode laser. Il a une lentille focalisable pour le réglage du point laser. Connectez la borne du fil laser à la prise laser sur la carte du pilote.

GRBL Firmware

  • Téléchargez le GRBL, ici
  • Extrayez sur le bureau le dossier grbl-master, vous le trouverez dans le fichier master.zip
  • Exécutez l’IDE Arduino Dans le menu de la barre d’application,
  • choisissez: Sketch -> #include Library -> Add Library from file.ZIP
  • Sélectionnez le dossier grbl que vous pouvez trouver dans le dossier grlb-master et cliquez sur Ouvrir La bibliothèque est maintenant installée et le logiciel IDE vous montrera ce message: La bibliothèque est ajoutée à votre bibliothèque.
  • Vérifiez le menu «inclusion des bibliothèques».
  • Ensuite, ouvrez un exemple appelé « grbl upload » et téléchargez-le sur votre carte arduino.

Logiciel pour envoyer G-CODE

Nous avons également besoin d’un logiciel pour envoyer le G-Code à la CNC pour cela j’ai utilisé le LASER GRBL

LaserGRBL est l’un des meilleurs streamers GCode Windows pour DIY Laser Graveur. LaserGRBL est capable de charger et de diffuser le chemin GCode vers Arduino, ainsi que de graver des images, des images et un logo avec un outil de conversion interne.

Télécharger LASER GRBL.

LaserGRBL vérifie en permanence les ports COM disponibles sur la machine. La liste des ports vous permet de sélectionner le port COM auquel votre carte de contrôle est connectée. Veuillez sélectionner le débit en bauds approprié pour la connexion en fonction de la configuration du micrologiciel de votre machine (115200 par défaut).

Paramètres Grbl:

$$ - Afficher les paramètres Grbl

Pour afficher les paramètres, tapez $$ et appuyez sur Entrée après vous être connecté à Grbl. Grbl devrait répondre avec une liste des paramètres système actuels, comme indiqué dans l'exemple ci-dessous. Tous ces paramètres sont persistants et conservés dans l'EEPROM, donc si vous éteignez, ils seront chargés de nouveau la prochaine fois que vous allumerez votre Arduino.

$ 0 = 10 (impulsion de pas, usec)

$ 1 = 25 (délai d'inactivité pas à pas, msec)

$ 2 = 0 (masque d'inversion de port d'étape: 00000000)

$ 3 = 6 (masque d'inversion du port dir: 00000110)

$ 4 = 0 (pas d'activation inversé, bool)

5 $ = 0 (broches de limite inversées, bool)

6 $ = 0 (inversion de broche de sonde, bool)

10 $ = 3 (masque de rapport d'état: 00000011)

11 $ = 0,020 (écart de jonction, mm)

12 $ = 0,002 (tolérance à l'arc, mm)

13 $ = 0 (rapport pouces, bool)

20 $ = 0 (limites souples, bool)

21 $ = 0 (limites strictes, bool)

22 $ ​​= 0 (cycle de homing, bool)

23 $ = 1 (masque d'inversion du répertoire de référence: 00000001)

24 $ = 50 000 (alimentation de référence, mm / min)

25 $ = 635 000 (recherche de référence, mm / min)

26 $ = 250 (rebond de ralliement, msec)

27 $ = 1.000 (retrait de prise d'origine, mm)

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

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

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

110 $ = 635 000 (x taux max, mm / min)

111 $ = 635 000 (taux y max, mm / min)

112 $ = 635 000 (taux z max, mm / min)

120 $ = 50 000 (x accél, mm / sec ^ 2)

121 = 50 000 (y accel, mm / sec ^ 2)

122 $ = 50 000 (accélération z, mm / sec ^ 2)

130 $ = 225 000 (x course max, mm)

131 $ = 125 000 (y course max, mm)

132 $ = 170 000 (course max z, mm)

Ajuster le système

Voici la partie la plus difficile du projet.

-Ajuster le faisceau laser dans le plus petit point possible sur la pièce. C'est la partie la plus délicate qui nécessite du temps et de la patience en utilisant la méthode de suivi et d'erreur.

-Ajustement des paramètres GRBL pour 100 $, 101 $, 130 $ et 131 $

Mon réglage pour le GRBL est,
100 $ = 110 000

101 $ = 110 000

130 $ = 40 000

131 $ = 40 000

J'ai essayé de graver un carré de 40 mm de côté et après tant d'erreurs et de peaufiner le réglage de grbl, j'ai obtenu la bonne ligne de 40 mm gravée à la fois sur les axes X et Y. Si la résolution des axes X et Y n'est pas la même, l'image sera mise à l'échelle dans les deux sens.

Gardez à l'esprit que tous les moteurs pas à pas des lecteurs de DVD ne sont pas identiques.

C'est un processus long et long, mais les résultats sont tellement satisfaisants lorsqu'ils sont modifiés.

Interface utilisateur LaserGRBL.

Contrôle de la connexion: ici, vous pouvez sélectionner le port série et la vitesse de transmission appropriée pour la connexion, selon la configuration du micrologiciel grbl.
Contrôle des fichiers: affiche le nom du fichier chargé et la progression du processus de gravure. Le bouton vert «Play» démarre l'exécution du programme.
Commandes manuelles: vous pouvez saisir n'importe quelle ligne de G-Code ici et appuyer sur "Entrée". Les commandes seront mises en file d'attente dans la file d'attente de commandes.
Journal des commandes et codes retour des commandes: affiche les commandes mises en file d'attente, leur état d'exécution et leurs erreurs.
Commande de jogging: permet un positionnement manuel du laser. Le curseur vertical gauche contrôle la vitesse de déplacement, la taille du pas de contrôle du curseur droit.
Aperçu de la gravure: cette zone affiche l'aperçu final du travail. Pendant la gravure, une petite croix bleue indique la position actuelle du laser lors de l'exécution.
Grbl reset / homing / unlock: ces boutons soumettent une commande de réinitialisation logicielle, de référencement et de déverrouillage à la carte grbl. À droite du bouton de déverrouillage, vous pouvez ajouter des boutons définis par l'utilisateur.
Maintien et reprise du flux: ces boutons peuvent suspendre et reprendre l'exécution du programme en envoyant une commande de maintien ou de reprise du flux au tableau grbl.
Nombre de lignes et projection de temps: LaserGRBL pourrait estimer le temps d'exécution du programme en fonction de la vitesse réelle et de la progression du travail.
Remplace le statut et le contrôle: affiche et modifie la vitesse réelle et la puissance prioritaire. Les remplacements sont une nouvelle fonctionnalité de grbl v1.1 et ne sont pas pris en charge dans les anciennes versions.

Gravure sur bois

L’importation raster vous permet de charger une image de tout type dans LaserGRBL et de la transformer en instructions GCode sans avoir besoin d’autres logiciels. LaserGRBL prend en charge les photos, les images clipart, les dessins au crayon, les logos, les icônes et essayez de faire de votre mieux avec tout type d’image. Il peut être rappelé depuis le menu « Fichier, Ouvrir Fichier » en sélectionnant une image de type jpg, png ou bmp Le réglage de la gravure est différent pour tous les matériaux. Définir la vitesse de gravure par mm et les lignes de qualité par mm La vidéo jointe est le laps de temps de tout le processus.

Coupe de papier mince

Ce laser de 250 mW est également capable de couper des papiers fins, mais la vitesse doit être très faible, c’est-à-dire pas plus de 15 mm / min et le faisceau laser doit être correctement réglé.

Découpe de vinyle et fabrication d'autocollants personnalisés

J’ai fait un autocollant en vinyle personnalisé. La vitesse du boarder change en fonction de la couleur du vinyle utilisé. Les couleurs sombres sont faciles à travailler, tandis que les couleurs plus claires sont délicates. Les images ci-dessus montrent comment utiliser un autocollant en vinyle fabriqué à l’aide de la CNC. Mais gardez à l’esprit que la gravure de vinyle libère des fumées cancérigènes. Ils sentent vraiment mauvais.

♥ Remerciements particuliers aux développeurs GRBL 🙂

J’espère que ce projet vous a plu, j’aimerais aussi voir des photos de vos machines CNC!

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