Mini CNC Laser Wood Engraver dan Laser Paper Cutter.: 18 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Ini adalah Instruksi tentang bagaimana saya membuat pengukir kayu Laser CNC berbasis Arduino dan pemotong kertas Tipis menggunakan drive DVD lama, laser 250mW. Area bermain maksimal 40mm x 40mm.

Bukankah menyenangkan membuat mesin sendiri dari barang-barang lama?

Langkah 1: Bagian dan Bahan yang Dibutuhkan

• Arduino Nano (dengan kabel usb)
• 2x mekanisme stepper drive DVD
• 2x modul driver motor stepper A4988 (atau pelindung GRBL)
• 250mW Laser dengan lensa yang dapat disesuaikan (atau lebih tinggi)
• 12v 2Amps catu daya minimum
• 1x IRFZ44N N-CHANNEL MOSFET
• 1x 10k resistor
• 1x 47ohm resistor
• 1x LM7805 regulator tegangan (dengan heatsink)
• Papan PCB kosong
• Header Pria dan Wanita
• 2.5mm JST XH-Style 2pin konektor laki-laki
• 1x 1000uf 16v kapasitor
• Kabel jumper
• 8x magnet neodymium kecil (yang telah saya selamatkan dari mekanisme lensa DVD)
• 1x 2pin pasang konektor blok terminal sekrup
• Ikatan ritsleting (100mm)
• Lem super
• lem epoksi
• Papan kayu lapis
• lembaran akrilik
• Beberapa sekrup, baut dan mur M4
• Kacamata Keselamatan Laser

KACA SAFETY LASER harus dibutuhkan dalam proyek ini

Sebagian besar suku cadang yang diselamatkan atau dibawa dari China melalui situs bernama BANGGOOD.

Langkah 2: Membongkar Mekanisme Stepper Drive DVD

Diperlukan dua mekanisme driver DVD, satu untuk sumbu X dan yang kedua untuk sumbu Y.

Menggunakan driver sekrup kepala Phillips kecil, saya melepas semua sekrup dan motor stepper yang terlepas, rel geser, dan pengikut.

Motor stepper adalah Motor Stepper Bipolar 4-pin.

Ukuran kecil dan biaya rendah dari motor DVD berarti Anda tidak dapat mengharapkan resolusi tinggi dari motor. Itu disediakan oleh sekrup utama. Juga, tidak semua motor seperti itu melakukan 20 langkah/putaran. 24 juga merupakan spesifikasi umum. Anda hanya perlu menguji motor Anda untuk melihat fungsinya. Prosedur untuk menghitung resolusi motor CD Drive Stepper:

Untuk mengukur resolusi motor stepper drive CD/DVD, mikrometer digital digunakan. Jarak sepanjang sekrup diukur. Panjang total sekrup menggunakan mikrometer, yang ternyata 51,56 mm. Untuk menentukan nilai lead yang merupakan jarak antara dua ulir yang berdekatan pada sekrup. Utas dihitung menjadi 12 utas dalam jarak ini. Timbal = jarak antara ulir yang berdekatan = (panjang total / jumlah ulir = 51,56 mm) / 12 = 4,29mm/putaran.

Sudut langkah adalah 18 derajat yang sesuai dengan 20 langkah/putaran. Sekarang setelah semua informasi yang diperlukan tersedia, resolusi motor stepper dapat dihitung seperti yang ditunjukkan di bawah ini: Resolusi = (Jarak antara ulir yang berdekatan) / (N Langkah/putaran) = (4.29mm/putaran) / (20 langkah/putaran) = 0,214 mm/langkah. Yang 3 kali lebih baik dari resolusi yang dibutuhkan yaitu 0.68mm/step.

Langkah 3: Merakit Rel Penggeser untuk Sumbu X dan Y

Untuk rel geser saya telah menggunakan 2 batang tambahan untuk kinerja yang lebih baik dan halus. Fungsi utama penggeser adalah meluncur pada batang dengan bebas dengan gesekan minimal antara batang dan penggeser.

Butuh beberapa waktu untuk membuat penggeser meluncur bebas di batang.

Langkah 4: Bingkai Utama untuk Stepper X dan Y

Menggunakan beberapa lembaran akrilik saya telah membuat dua bingkai utama untuk stepper dan rel geser. Motor stepper memiliki spacer antara rangka utama dan alasnya, dan itu diperlukan untuk Sumbu.

Langkah 5: Memasang Rel Geser Dengan Rangka Utama

Pertama menggunakan lem super Saya sudah mencoba menyesuaikan posisi rel yang tepat, di mana seharusnya sehingga pengikut membuat kontak yang tepat dengan benang stepper. Kontak harus tepat tidak terlalu ketat atau tidak terlalu terak. Jika kontak antara pengikut dan ulir tidak tepat, langkah akan dilewati atau motor akan menarik arus lebih dari biasanya dalam kondisi berjalan. Butuh beberapa waktu dalam penyesuaian.

Setelah disesuaikan, menggunakan lem Epoxy saya memperbaikinya.

Langkah 6: Pengkabelan Motor Stepper

Untuk motor stepper saya menggunakan kabel usb lama, karena di dalamnya ada 4 kabel dan ada penutupnya, dan lebih fleksibel dan mudah digunakan.

Dengan menggunakan mode kontinuitas pada Multimeter tentukan tentukan 2 Coil, Coil A dan Coil B.

Saya membuat 2 pasang kawat dengan memilih warna, satu pasang untuk Coil A dan kedua untuk Coil B. Disolder dan menggunakan heat shrink tube di atasnya.

Langkah 7: Menyisir Sumbu X dan Y

X dan Y koordinat gerakan

Saya telah memasang penggeser sumbu X dan Y bersama-sama secara tegak lurus satu sama lain, menggunakan beberapa pengatur jarak di antara keduanya. Dan juga terpasang panggangan logam tipis di atasnya sebagai tempat tidur kerja. Magnet neodymium digunakan sebagai pemegang benda kerja.

Langkah 8: Elektronik

PARTS YANG DIGUNAKAN UNTUK DRIVER ADALAH:

• Arduino Nano.
• 2x A4988 driver motor Stepper.
• 1x IRFZ44N N-CHANNEL MOSFET.
• 1x LM7805 Regulator tegangan dengan Heatsink.
• 1x 47ohm dan 1x 10k resistor.
• 1x 1000uf 16V kapasitor.
• 1x 2.5mm JST XH-Style 2pin konektor laki-laki.
• Pin Header PRIA dan WANITA.
• 1x (20mm x 80mm PCB kosong).

Dalam GRBL, pin digital dan analog Arduino dicadangkan. Pin 'Langkah' untuk sumbu X dan Y terpasang ke pin digital 2, dan 3 masing-masing. Pin 'Dir' untuk sumbu X dan Y masing-masing dipasang ke pin digital 5 dan 6. D11 adalah untuk mengaktifkan laser.

Arduino mendapat daya melalui Kabel USB. Driver A4988 melalui sumber daya eksternal. Semua koneksi umum berbagi tanah. VDD A4988 terhubung ke 5V Arduino.

Laser yang saya gunakan berjalan pada 5V dan telah dibangun di sirkuit arus konstan. Untuk sumber 5V konstan dari catu daya eksternal, regulator tegangan LM7805 digunakan. Heatsink adalah wajib.

IRFZ44N N-CHANNEL MOSFET bekerja sebagai saklar elektronik ketika menerima sinyal tinggi digital dari pin D11 Arduino.

CATATAN: 5V dari Arduino nano tidak dapat digunakan karena laser menarik lebih dari 250mA dan Arduino Nano tidak mampu memberikan arus sebanyak itu.

Mengkonfigurasi Micro Stepping untuk Setiap Sumbu

MS0 MS1 MS2 Microstep Resolusi

Rendah Rendah Rendah Langkah penuh.

Tinggi Rendah Rendah Setengah langkah.

Rendah Tinggi Rendah Seperempat langkah.

Tinggi Tinggi Rendah Langkah kedelapan.

Tinggi Tinggi Tinggi Langkah keenam belas.

3 pin (MS1, MS2 dan MS3) adalah untuk memilih salah satu dari lima resolusi langkah sesuai dengan tabel kebenaran di atas. Pin ini memiliki resistor pull-down internal sehingga jika kita membiarkannya terputus, board akan beroperasi dalam mode langkah penuh. Saya telah menggunakan konfigurasi langkah ke-16 untuk kelancaran dan bebas noise. Sebagian besar (tetapi tentu tidak semua) motor stepper melakukan 200 langkah penuh per putaran. Dengan mengatur arus dalam kumparan dengan tepat, motor dapat bergerak dalam langkah-langkah yang lebih kecil. Pololu A4988 dapat membuat motor bergerak dalam 1/16 langkah - atau 3.200 langkah per putaran. Keuntungan utama dari microstepping adalah mengurangi kekasaran gerakan. Satu-satunya posisi yang sepenuhnya akurat adalah posisi langkah penuh. Motor tidak akan dapat menahan posisi stasioner pada salah satu posisi antara dengan akurasi posisi yang sama atau dengan torsi penahan yang sama seperti pada posisi langkah penuh. Secara umum, ketika diperlukan kecepatan tinggi, langkah penuh harus digunakan.

Langkah 9: Merakit Semuanya Bersama Menjadi Satu

Saya telah membuat Laser menonjol dari strip logam tipis panjang dan beberapa braket L Plastik dengan beberapa penyangga. Semuanya kemudian dipasang pada papan kayu lapis menggunakan sekrup M4, mur dan baut.

Koneksi motor stepper ke driver juga dilakukan.

Langkah 10: Perakitan Laser

Laser yang saya gunakan adalah Focusable Laser Module 200-250mW 650nm. Rumah logam luar bekerja sebagai Heatsink untuk dioda laser. Ini memiliki lensa yang dapat difokuskan untuk penyesuaian titik laser.

Dengan menggunakan dua ikatan ritsleting, saya memasang laser dengan dudukan. Heatsink untuk laser juga bisa, tapi laser saya tidak terlalu panas jadi saya tidak menggunakannya. Hubungkan terminal kabel laser ke soket laser pada papan driver.

Anda bisa mendapatkannya di sini

Langkah 11: Menyesuaikan Arus Driver Stepper

Untuk mencapai tingkat langkah yang tinggi, suplai motor biasanya jauh lebih tinggi daripada yang diizinkan tanpa pembatasan arus aktif. Misalnya, motor stepper tipikal mungkin memiliki peringkat arus maksimum 1A dengan resistansi kumparan 5Ω, yang akan menunjukkan suplai motor maksimum 5 V. Menggunakan motor seperti itu dengan 12 V akan memungkinkan laju langkah yang lebih tinggi, tetapi arus harus aktif dibatasi di bawah 1A untuk mencegah kerusakan pada motor.

A4988 mendukung pembatasan arus aktif tersebut, dan potensiometer pemangkas di papan dapat digunakan untuk mengatur batas arus. Salah satu cara untuk mengatur batas arus adalah dengan menempatkan pengemudi ke mode langkah penuh dan mengukur arus yang mengalir melalui kumparan motor tunggal tanpa mencatat input LANGKAH. Arus terukur akan menjadi 0,7 kali batas arus (karena kedua kumparan selalu menyala dan dibatasi hingga 70% dari pengaturan batas arus dalam mode langkah penuh). Harap dicatat bahwa mengubah tegangan logika, Vdd, ke nilai yang berbeda akan mengubah pengaturan batas arus karena tegangan pada pin "ref" adalah fungsi dari Vdd. Cara lain untuk mengatur batas arus adalah dengan mengukur tegangan langsung di atas potensiometer dan menghitung batas arus yang dihasilkan (resistor indera arus adalah 0,1Ω). Batas arus berhubungan dengan tegangan referensi sebagai berikut: Batas Arus = VREF × 1,25 Jadi, misalnya, jika tegangan referensi 0,6 V, batas arusnya adalah 0,75A. Seperti disebutkan di atas, dalam mode langkah penuh, arus yang melalui kumparan dibatasi hingga 70% dari batas arus, jadi untuk mendapatkan arus kumparan langkah penuh 1A, batas arus harus 1A/0.7=1.4A, yang sesuai ke VREF 1,4A/1,25=1,12 V. Lihat lembar data A4988 untuk informasi lebih lanjut. Catatan: Arus kumparan bisa sangat berbeda dari arus catu daya, jadi Anda tidak boleh menggunakan arus yang diukur pada catu daya untuk menetapkan batas arus. Tempat yang tepat untuk memasang meteran arus Anda adalah secara seri dengan salah satu kumparan motor stepper Anda.

Langkah 12: Bersiaplah

Menggunakan empat magnet Neodymium kecil mengunci benda kerja di tempat tidur kerja dan mengatur sumbu X dan Y ke posisi awal (rumah). Nyalakan papan driver melalui sumber daya Eksternal, dan Arduino Nano ke Komputer melalui Kabel USB A ke USB Mini B. Juga daya papan melalui sumber daya eksternal.

KESELAMATAN PERTAMA

KACAMATA KESELAMATAN LASER HARUS DIBUTUHKAN

Langkah 13: Firmware GRBL

1. Unduh GRBL 1.1, Di Sini,
2. Ekstrak di desktop folder grbl-master, Anda menemukannya di file master.zip
3. Jalankan Arduino IDE
4. Dari menu bilah aplikasi, pilih: Sketch -> #include Library -> Add Library from file. ZIP
5. Pilih folder grbl yang dapat Anda temukan di dalam folder grlb-master dan klik Buka
6. Pustaka sekarang telah terinstal dan perangkat lunak IDE akan menampilkan pesan ini kepada Anda: Pustaka ditambahkan ke pustaka Anda. Periksa menu “Libraries Inclusion”.
7. Kemudian buka contoh yang disebut "unggah grbl" dan unggah ke papan arduino Anda

Langkah 14: Perangkat Lunak untuk Mengirim G-CODE

Kami juga membutuhkan perangkat lunak untuk mengirim G-Code ke CNC untuk itu saya telah menggunakan LASER GRBL

LaserGRBL adalah salah satu streamer Windows GCode terbaik untuk Pengukir Laser DIY. LaserGRBL mampu memuat dan mengalirkan jalur GCode ke arduino, serta mengukir gambar, gambar, dan logo dengan alat konversi internal.

Unduh LASER GRBL.

LaserGRBL terus-menerus memeriksa port COM yang tersedia di mesin. Daftar port memungkinkan Anda untuk memilih port COM tempat papan kontrol Anda terhubung. Silakan pilih baud rate yang tepat untuk koneksi sesuai dengan konfigurasi firmware mesin Anda (default 115200).

Pengaturan grbl:

$$ - Lihat pengaturan Grbl

Untuk melihat pengaturan, ketik $$ dan tekan enter setelah terhubung ke Grbl. Grbl harus merespons dengan daftar pengaturan sistem saat ini, seperti yang ditunjukkan pada contoh di bawah ini. Semua pengaturan ini persisten dan disimpan di EEPROM, jadi jika Anda mematikan, ini akan dimuat kembali saat Anda menyalakan Arduino Anda lagi.

$0=10 (langkah pulsa, gunakan)

$1=25 (penundaan langkah menganggur, mdtk)

$2=0 (topeng pembalikan port langkah: 00000000)

$3=6 (masker pembalikan port dir: 00000110)

$4=0 (langkah mengaktifkan invert, bool)

$5=0 (batas pin terbalik, bool)

$6=0 (pin probe terbalik, bool)

$10=3 (masker laporan status:00000011)

$11=0,020 (deviasi persimpangan, mm)

$12=0,002 (toleransi busur, mm)

$13=0 (inci laporan, bool)

$20=0 (batas lunak, bool)

$21=0 (batas keras, bool)

$22=0 (siklus homing, bool)

$23=1 (masker invert direktori homing:00000001)

$24=50.000 (umpan homing, mm/mnt)

$25=635.000 (pencarian homing, mm/mnt)

$26=250 (melakukan debounce, mdtk)

$27=1.000 (tarik homing, mm)

$100=314.961 (x, langkah/mm)

$101=314.961 (y, langkah/mm)

$102=314.961 (z, langkah/mm)

$110=635.000 (x tarif maks, mm/mnt)

$111=635.000 (tarif maksimum y, mm/mnt)

$112=635.000 (z kecepatan maksimum, mm/mnt)

$120=50.000 (x akselerasi, mm/dtk^2)

$121=50.000 (percepatan tahun, mm/dtk^2)

$122=50.000 (z aksel, mm/dtk^2)

$130=225.000 (x perjalanan maks, mm)

$131=125.000 (perjalanan maks. y, mm)

$132=170.000 (z perjalanan maks, mm)

Langkah 15: Mengubah Sistem

Inilah bagian Proyek yang Paling Sulit

Menyesuaikan sinar laser ke titik sekecil mungkin pada benda kerja. Ini adalah bagian tersulit yang membutuhkan waktu dan kesabaran menggunakan metode jejak dan kesalahan

Tweak pengaturan GRBL untuk $100, $101, $130 dan $131

pengaturan saya untuk GRBL adalah, $100=110.000

$101=110.000

$130=40.000

$131=40.000

Saya mencoba mengukir persegi dengan sisi 40mm dan setelah begitu banyak kesalahan dan mengutak-atik pengaturan grbl, saya mendapatkan garis 40mm yang tepat terukir dari sumbu X dan Y. Jika resolusi sumbu X dan sumbu Y tidak sama, gambar akan diskalakan ke kedua arah.

Perlu diingat tidak semua motor Stepper Dari Drive DVD adalah sama

Ini adalah proses yang panjang dan memakan waktu tetapi hasilnya sangat memuaskan ketika di-tweak.

Antarmuka pengguna LaserGRBL

• Kontrol koneksi: di sini Anda dapat memilih port serial dan baud rate yang tepat untuk koneksi, sesuai dengan konfigurasi firmware grbl.
• Kontrol file: ini menunjukkan nama file yang dimuat dan kemajuan proses pengukiran. Tombol hijau "Mainkan" akan memulai eksekusi program.
• Perintah manual: Anda dapat mengetikkan baris G-Code di sini dan tekan "enter". Perintah akan diantrekan ke antrian perintah.
• Log perintah dan kode pengembalian perintah: menampilkan perintah yang diantrekan serta status dan kesalahan eksekusinya.
• Kontrol joging: memungkinkan pemosisian manual laser. Kecepatan gerakan kontrol slider vertikal kiri, ukuran langkah kontrol slider kanan.
• Pratinjau ukiran: area ini menunjukkan pratinjau pekerjaan akhir. Selama pengukiran, salib biru kecil akan menunjukkan posisi laser saat ini saat runtime.
• Grbl reset/homing/unlock: tombol ini mengirimkan perintah soft-reset, homing dan unlock ke grbl board. Di sebelah kanan tombol buka kunci, Anda dapat menambahkan beberapa tombol yang ditentukan pengguna.
• Feed hold and resume: tombol ini dapat menangguhkan dan melanjutkan eksekusi program dengan mengirimkan perintah Feed Hold atau Resume ke grbl board.
• Hitungan garis dan proyeksi waktu: LaserGRBL dapat memperkirakan waktu eksekusi program berdasarkan kecepatan aktual dan kemajuan pekerjaan.
• Mengganti status kontrol: tampilkan dan ubah kecepatan aktual dan penggantian daya. Override adalah fitur baru grbl v1.1 dan tidak didukung di versi yang lebih lama.

Langkah 16: Ukiran Kayu

Impor raster memungkinkan Anda memuat gambar apa pun di LaserGRBL dan mengubahnya menjadi instruksi GCode tanpa memerlukan perangkat lunak lain. LaserGRBL mendukung foto, clip art, gambar pensil, logo, ikon dan mencoba melakukan yang terbaik dengan semua jenis gambar.

Itu dapat dipanggil kembali dari menu “File, Open File” dengan memilih gambar bertipe jpg,-p.webp

Pengaturan untuk ukiran berbeda untuk semua bahan.

Tentukan kecepatan pengukiran per mm dan Garis kualitas per mm

Video Terlampir adalah selang waktu dari keseluruhan proses.

Langkah 17: Pemotongan Kertas Tipis

Laser 250mW ini Juga mampu memotong kertas tipis, tetapi kecepatannya harus sangat rendah yaitu tidak lebih dari 15mm/menit dan sinar laser harus disesuaikan dengan benar.

Video Terlampir adalah selang waktu dari keseluruhan proses.

Langkah 18: Pemotongan Vinyl dan Membuat Stiker Kustom

Saya telah membuat beberapa stiker vinyl Custom. Kecepatan asrama berubah sehubungan dengan warna vinil yang digunakan.

Warna-warna gelap mudah digunakan, sedangkan warna-warna yang lebih terang agak rumit.

Gambar di atas menunjukkan cara menggunakan stiker vinil yang dibuat menggunakan CNC.

Terima kasih khusus kepada Pengembang GRBL:)

Saya harap Anda menyukai proyek ini, beri tahu saya di komentar jika ada pertanyaan, Saya ingin melihat foto mesin CNC Anda juga!

Terima kasih!! untuk dukunganmu.

Juara Pertama Lomba Mikrokontroler