Как сделать станок лазерной резки металла своими рукам – выбор мощности и стоимость материалов

Лазер для резки фанеры своими руками, мощность оборудования, лазерные станки, аппараты, самодельные приборы, головка, диоды, инструкция по созданию чертежей, фото и видео-уроки, цена

Шаг 1: Дизайн

GHWfQGDfILXSMET8LjbI3fhKA5PM9Uapp0lfXO14.png

На этом этапе я расскажу о конструкции этой машины. На этом шаге нет файлов для загрузки. Я добавлю эти файлы на этапах, где я буду рассказывать о сборке или установке отдельных частей лазерного резака. Что касается этого шага, я просто объясню, как и почему я пришел к этому дизайну. Я вдохновлялся внешним видом дизайна лазерного резака серии hobby от Full Spectrum Laser.

Прежде чем сделать набросок того, как должна выглядеть машина, я составил список вещей, которые нужно учитывать при ее проектировании.

Первое и самое главное безопасность! При создании данной машины не забывайте, что безопасность является приоритетом. Поскольку этот лазерный резак использует CO2-лазер мощностью 40 Вт, очевидно, что лазерный луч и даже его отражения. Должны оставаться внутри станка. Поэтому для чехла машины я использовал темную акриловую пластину. Пластина достаточно прозрачная, чтобы вы могли видеть, что происходит внутри. Для боковых панелей я использовал ламинат высокого давления, потому что он хорошо выглядит и устойчив к лазерному излучению.

Второй фактор, который я имел в виду, — это размер рабочей зоны и самого резака. Я хотел, чтобы у него была большая площадь реза 600 на 1000 миллиметров. Зачем строить маленькую машину, если можно построить большую? Поскольку это все еще машина, сделанная своими руками, я хотел, чтобы при необходимости было легко заменять или добавлять детали. Поэтому поля всех отдельных «комнат» в машине выбраны немного шире.

Помня о простоте сборки и возможной модификации этого лазерного резака, я решил построить раму из Т-образных алюминиевых 30×30 профилей.

Теперь я объясню базовый дизайн этого проекта. На изображениях этого шага я добавил несколько черновиков, которые показывают вам различные ракурсы каркаса. Конструкция состоит из пяти отдельных мест. Самое большое пространство — это рабочая зона лазерного резака. Пространство сразу за рабочей зоной — это вентиляционная комната, все пары будут всасываться из рабочей зоны в это место и выводиться наружу по вентиляционному шлангу. За вентиляционным помещением расположены два пространства друг над другом. Верхнее пространство — это пространство, куда войдет лазер. Я хотел, чтобы лазер не находился в рабочей зоне, потому что было бы плохо, если бы он был во всех этих парах. Нижнее пространство — это пространство, где будут находиться резервуар для воды и водяной насос, они необходимы для охлаждения лазера. Последняя комната — это пространство справа от машины, где будет вся электроника, драйверы, расходные материалы и сенсорный экран. Отдельные зоны пространства будут разделены акрилом толщиной 3 мм.

Материалы для сборки лазерного станка ЧПУ своими руками

image7.jpg

Источник: pikabu.ru

Материалы, необходимые для самостоятельной сборки лазерного ЧПУ-станка, зависят от требуемых модификаций. Чем более мощный и производительный требуется станок, тем больше деталей, и тем сложнее необходимые компоненты (особенно, оптическая составляющая). То же самое можно сказать про процесс сборки. Создание аппарата с рабочим столом площадью от 0,5 кв. м требует гораздо больше сил и опыта, чем постройка небольшого настольного станка с рабочим полем формата A4. 

Параметры компонентов зависят от модификации будущего станка, в целом, список компонентов для самодельного лазерного станка с ЧПУ стандартный:

  • Лазер мощностью от минимальной, достаточной для выжигания по фанере, около 0,5 Вт, до 40 Вт;
  • 3 зеркала на шарнирах;
  • Фокусирующая линза, установленная в специальную голову;
  • Система охлаждения (комплекс воздушного и/или жидкостного охлаждения);
  • Древесная плита для корпуса;
  • Направляющие – металлические профили;
  • Держатели направляющих;
  • Подшипники (линейные и опорные) и втулки скольжения;
  • 3 шаговых двигателя;
  • Контроллер двигателей;
  • Блок питания контроллера;
  • Ходовые винты и гайки;
  • Электрические провода;
  • Шкивы для ременной передачи и ремни зубчатого типа;
  • Концевые выключатели.

image2.jpg

Источник: pikabu.ru

Главный вопрос — где найти лазер. Для начала стоит определить, какой источник лазера необходим — диодный лазер или CO2-трубка. Приобрести источники лазера можно как на AliExpress или eBay, так и в специализированных магазинах. Также можно найти аналог диодного лазера, например — использовать лазер из пишущего DVD-плеера. В любом случае, необходимо понимать, как работает излучатель на максимальной мощности. От этого зависит назначение и конструкция станка. На стадии сборки необходимо определить, какой трансформатор понадобится для лазера, и какая система нужна для охлаждения излучателя, а также лазерной головы с линзой.

Прежде всего, необходимо спроектировать лазерный станок. Для этого подходит любая CAD-программа. Некоторые детали, например — держатели зеркал и корпус лазерной головы, рекомендуется для простоты напечатать на 3D-принтере. Чтобы обеспечить максимальную точность и прочность деталей за разумную цену, рекомендуется использовать PETG. Это прочный пластик, со стойкостью к нагреву до 75 °C.

Устройство и принципы работы

Любое лазерное устройство состоит из следующих узлов:

  • источника энергии;
  • рабочего органа, продуцирующего энергию;
  • оптоусилителя, оптоволоконного лазера, системы зеркал, усиливающих излучение рабочего органа.

Лазерным лучом точечно создается нагрев и плавление материала, а после продолжительного воздействия — его испарение. В результате шов выходит с неровным краем, испаряющийся материал осаждается на оптике, что сокращается срок ее эксплуатации.

Для получения ровных тонких швов и удаления паров используют технику выдувания инертными газами или сжатым воздухом продуктов расплава из зоны воздействия лазера.

Заводские модели лазеров, оборудованные высококлассными материалами, могут обеспечить хороший показатель углублений. Но для бытового использования у них слишком высокая цена.

Модели, изготовленные в домашних условиях, способны врезаться в металл на глубину 1-3 см. Этого хватит, чтобы изготовить, например, детали для декорирования ворот или заборов.

Лазерная резка металла

Лазерная резка металла

В зависимости от используемой технологии резаки бывают 3-х видов:

  • Твердотельные. Компактны и удобны в использовании. Активный элемент – кристалл полупроводника. У моделей с малой мощностью вполне доступная цена.
  • Волоконные. В качестве элемента излучения и накачки используется стекловолокно. Достоинствами волоконных лазерных резаков являются высокий КПД (до 40%), длительный срок эксплуатации и компактность. Так как при работе выделяется мало тепла, нет нужды в установке системы охлаждения. Можно изготавливать модульные конструкции, позволяющие объединять мощности нескольких головок. Излучение транслируется по гибкому оптоволокну. Производительность таких моделей выше твердотельных, но их стоимость дороже.
  • Газовые. Это недорогие, но мощные излучатели, основанные на использовании химических свойств газа (азота, углекислого газа, гелия). С их помощью можно варить и резать стекло, резину, полимеры и металлы с очень высоким уровнем теплопроводности.

Газовые лазеры

Это интересно: Самодельный гриндер – делаем ленточно-шлифовальный станок своими руками

Технические характеристики

Этот лазерный гравер оснащен 1,8 Вт 445 нм лазерным модулем, конечно, это ничто по сравнению с промышленными лазерными резаками, которые используют лазеры более 50 Вт. Но для нас будет достаточно и этого лазера. Он может вырезать бумагу и картон, и может выгравировать все виды древесины или изделия из фанеры. Я еще не тестировал другие материалы, но уверен, что он может наносить гравировку на многие другие поверхности. Сразу зайду наперед и скажу, что он имеет большое рабочее поле размером около 500×380 мм.

самодельный чпу из фанеры лазерной головки

Кому под силу сделать такой лазерный станок? Каждому, не важно, вы инженер, юрист, учитель или студент, как я! Все, что вам необходимо – терпение и большое желание получить действительно качественный станок.

Мне потребовалось около трех месяцев, чтобы спроектировать и построить эту гравировальную машину, в том числе я около месяца ждал детали. Конечно, такую работу можно выполнить и быстрее, но мне всего 16 лет, поэтому работать я мог только на выходных.

самодельный лазерный станок с чпу своими руками

Принцип работы

Перед тем как собрать лазерный станок ЧПУ своими руками, следует разобраться с основными элементами устройства и механизмом их работы.

Типичная установка с углекислотным лазером имеет трубку, заполненную молекулами газа, в качестве основного элемента. Электрический ток, поступающий на газ-катализатор, приводит молекулы в состояние повышенной вибрации, за счет чего усиливается световой луч, проходящий через трубку. Оптические элементы, находящиеся внутри лазерной установки, усиливают поток света и выдают его многократно отраженным.

Для автономной работы станка необходим автоматизированный механизм, передвигающий лазерное устройство. Он называется устройством позиционирования, его работа координируется программным обеспечением. В момент образования отверстия в определенном месте материала лазерная каретка должна быть перемещена в другую точку, чтобы структура дерева не была разрушена.

Шаг 3: 3D-печать некоторых вещей

RQ50I4FFcNhrRGGmINPeioM8CEAQjLKdXa4BSPtt.jpg

Многие детали этого лазерного резака напечатаны на моем 3D-принтерe. Я загрузил все файлы, которые нужно напечатать на 3D-принтере, прежде чем вы сможете начать сборку собственной машины. В названиях этих STL-файлов я упомянул, сколько раз нужно распечатать каждую часть (названия частей написаны на голландском языке).

Вы можете увидеть некоторые из этих частей на фотографии, но не все они на нем представлены.

Цвет деталей на самом деле не имеет значения, но я напечатал все внутренние части красным цветом, а внешние части черным (некоторые внутренние части тоже пришлось напечатать черным, потому, что у меня закончилась красная нить.

Если у вас нет 3D-принтера и вы не знаете никого с принтером, вам не обязательно покупать его самостоятельно. Вы можете просто воспользоваться услугами 3D-печати, такими как 3D-хабы , это очень просто.

Однако 3D-принтер — прекрасное вложение.

Самодельный бытовой лазер

Для выполнения ремонтных работ и изготовления металлических изделий в быту часто требуется лазерная резка металла своими руками. Поэтому домашние умельцы освоили изготовление и успешно пользуются ручными лазерными устройствами.

По стоимости изготовления для бытовых нужд больше подходит твердотельный лазер.

Мощность самодельного прибора, конечно же, нельзя даже сравнивать с производственными аппаратами, но для использования в бытовых целях он вполне подойдет.

Как собрать лазер, используя недорогие запчасти и ненужные предметы.

Для изготовления простейшего прибора понадобятся:

  • лазерная указка;
  • фонарик на аккумуляторных батареях;
  • пишущий CD/DVD-RW (подойдет старый и неисправный);
  • паяльник, отвертки.

Как сделать ручной лазерный гравер

Конструктивное исполнение

Итак, как устроен самодельный лазер для резки фанеры?

Станина станка.

Станина станка.

Основа станины – алюминиевая профтруба размером 40х60, скрепленная мебельным уголком и саморезами по металлу. Корпус собран из недорогой ЛДСП  – он не испытывает значительных нагрузок в процессе работы.

Обратите внимание: по периметру корпуса пущена 12-вольтовая светодиодная лента. Подсветка позволит визуально контролировать процесс резки.

Направляющие для каретки.

Направляющие для каретки.

Непосредственно на трубах станины закреплены направляющие, обеспечивающие движение кареток по поперечной оси.

Крепление направляющей для продольной оси.

Крепление направляющей для продольной оси.

К кареткам прикручена продольная труба с еще одной направляющей – уже под каретку, обеспечивающую непосредственно движение головки.

Лазерная головка на каретке.

Лазерная головка на каретке.

А вот и сама лазерная головка для резки фанеры. Фольга использована для герметизации соединения трубки с штуцером.

Привод каретки.

Привод каретки.

В качестве привода кареток использованы шаговые электромоторы с ременной передачей и редуктором. Их можно извлечь из неисправного сканера или струйного принтера с безнадежно засохшими соплами.

Вал привода кареток поперечной оси.

Вал привода кареток поперечной оси.

Использование двух приводов на каретках, обеспечивающих перемещение головки по поперечной оси, создало бы проблему их точной синхронизации. Вместо этого использован один шаговый мотор с редуктором  и вал длиной во весь ход головки, гарантирующий синхронное движение обеих кареток.

На фото - крышка станка.

На фото – крышка станка.

Массивная крышка тоже изготовлена из ЛДСП; она поднимается на мебельных лифтах. Между крышкой и корпусом остается небольшой зазор, обеспечивающий поступление воздуха; отвод дыма организован снизу.

Отсек с электроникой.

Отсек с электроникой.

В отдельном отсеке разместились блок питания, драйвер шаговых моторов и контроллер DSP, обеспечивающий управление станком.

Отсек с лазерной трубкой.

Отсек с лазерной трубкой.

Лазерная трубка установлена с использованием пластиковых крепежей, позволяющих менять ее положение. Рядом с ней видна трубка водяного охлаждения. Воду через нее прокачивает маломощная помпа для домашнего фонтанчика.

Накопительный бак системы охлаждения.

Накопительный бак системы охлаждения.

Охлаждение организовано с использованием обычной пластиковой 100-литровой бутыли с водой.

Последовательность фигурной резки

Фигурная резка на фанерном листе включает основные этапы:

  • В первую очередь создается рисунок. Это либо производится ручным нанесением на материал, либо задается электронно.
  • Далее выбирается режим резки, главной характеристикой которого является мощность излучения. Интенсивность прожига, в свою очередь, напрямую зависит от толщины поверхности.
  • Нанесение рисунка на материал с заданной скоростью. Как правило, высокая скорость гравировки сопровождается большим потемнением краев среза.

Возможно ли смастерить лазерный станок своими руками? Да, это реальная задача.

Чтобы собрать лазерный ЧПУ-станок своими руками, необходимо обратить внимание на скольжение направляющих; приводы в большом изобилии представлены в магазинах соответствующего профиля.

Таким образом, если использовать основные комплектующие, аналогичные таковым в заводских установках, и применять принцип равноценной замены деталей, изготовить лазерный станок для фанеры своими руками вполне реально, что подтверждает опыт изобретательных мастеров.

Какие материалы и механизмы потребуются

Чтобы изготовить простейший лазерный резак своими руками, вам потребуются следующие материалы и технические устройства:

  • лазерная указка;
  • обычный фонарик, оснащенный аккумуляторными батарейками;
  • старый пишущий дисковод (CD/DVD-RW), оснащенный лазерным приводом (совершенно не обязательно, чтобы такой дисковод находился в рабочем состоянии);
  • паяльник;
  • набор слесарных инструментов.

Чем выше скорость записи привода, тем мощнее получится лазерный резак

Чем выше скорость записи привода, тем мощнее получится лазерный резак

Таким образом, можно изготовить простейшее устройство для лазерной резки, используя материалы, которые легко найти в домашней мастерской или в гараже.

Шаг 5: Cоберите каркас

qdctHKYNFxVEznI9lJNMAj3LsFwHQaCqWdnroWwM.jpg
AuxzmSj5ZroWqSwuPjHFHSBSoFkYW64sK3l2w1UO-sm.jpg

Каркас был собран из деталей, напечатанных на 3D-принтере. Эти детали можно загрузить на шаге 3. Вы можете использовать их или купить железные детали для дополнительной прочности. Также нужно распечатать петли и основание крышки, чтобы собрать кожух.

Чтобы собрать профиль, просто начните со сборки нижних профилей, затем вертикальных профилей, верхних и, наконец, всех средних профилей. Когда все остальное будет сделано, можно будет установить крышку. В приложениях к этому шагу я включил руководство, в котором указано, какие профили необходимо установить и где.

Подготовка к запуску

На заключительной стадии сборки станков проводится тестирование системы и ее подготовка к запуску. Прежде чем ввести устройство в эксплуатацию, проверяют надежность фиксации лазера, корректность соединения полярности проводки, обеспечивают ровную установку, без крена, перекосов.

Устройство можно собрать своими руками. При этом необходимо соблюдать технологию сборки, не пренебрегать правилами техники безопасности. Лазерный луч нужно использовать осторожно: он может нанести вред здоровью.

Самодельный аппарат позволяет в домашних условиях резать фанеру, создавать из нее различные полезные вещи.

Сопутствующие материалы для изготовления лазерного станка своими руками

При сборке понадобятся доски, стяжки, крепежные детали, отвертка, приспособления для резки металла и дерева, шлифовки, а также смазочные и охлаждающие материалы.

Для электронного управления чаще всего используют микроконтроллер Arduino R3, также понадобятся плата с дисплеем и компьютер для управления командами.

Сборка лазерного резака такая же, как у описанной выше модели.

Чтобы снять статичность с диода, вокруг него наматывают алюминиевую проволоку. С этой же целью можно использовать антистатические браслеты.

Размещение оптики

Для создания коллиматора рекомендуется извлечь оптическую линзу из китайской лазерной указки. При этом луч будет иметь диаметр не менее 5 мм, что является слишком высоким показателем. Стоковая линза коллиматора сокращает диаметр луча до 1 мм, но для настройки такого лазера придется потрудиться. Это обусловлено небольшим фокусным расстоянием, что затрудняет регуляцию ширины луча.

Если вам все же удастся настроить стоковую оптику, лазер сможет легко разрезать полиэтиленовые пакеты и моментально лопать воздушные шары. При наведении на древесную поверхность луч прожжет ее, словно паяльник. Главное – не забывать о технике безопасности при использовании.

Шаг 12: Настройте Raspberry Pi

fFn8K4icNtewUWznCQGesgqd70NrbEN7IT3LK4sp.jpg
voTlVkJ3XVdTfLqt3KSFhHrV02Zd3hh6RPoDCAvs.png

На данный момент я написал только простой фрагмент кода для raspberry pi с четырьмя кнопками для управления светом и другими функциями. Он также выполняет некоторые проверки безопасности перед включением лазера. Как я уже сказал, цель состоит в том, чтобы создать автономный лазерный резак, а это означает, что Raspberry будет считывать коды с USB-накопителя и отправлять их один за другим в Arduino. Тогда вам не понадобится компьютер. К сожалению, у меня сейчас нет на это времени, поэтому я просто написал простой код.

Я загрузил образ диска своей SD-карты, поэтому единственное, что вам нужно сделать, это скачать образ диска и использовать win32diskimager для записи файла на SD-карту объемом 4 ГБ.

Для тех, кто хочет отредактировать код или продолжить разработку кода, чтобы придать ему больше функциональности, я также загрузил сам код. Он написан на C# с помощью Visual Studio 2017.

ОБНОВЛЕНИЕ: я удалил raspberry pi и сенсорный экран со своего лазерного резака и просто заменил его четырьмя переключателями (для включения вентиляции, охлаждения, освещения и поддержки воздуха). Я все еще планирую обновить raspberry, чтобы сделать его автономным устройством, но сейчас у меня нет на это времени.

Шаг 13: Откалибруйте зеркала

9aD5mudfiWh54G6RbQk8wC5ykfKh1ztiN3arUg4Q.jpg

Теперь электроника и программное обеспечение сделаны, мы почти готовы использовать лазерный резак. Осталось только откалибровать зеркала для направления лазерного луча в нужное место. Это важно и должно быть сделано правильно, потому что, как вы знаете, лазерный луч направляется в нужном направлении с помощью зеркал. Если одно из зеркал отражается в неправильном направлении, луч не попадет в нужное место и может сжечь что-то, что не нужно сжигать.

Для калибровки зеркал возьмите кусок дерева или картона и приклейте его двусторонним скотчем на второе зеркало (то, которое движется вместе с осью Y). Переместите ось Y к ближайшей точке первого зеркала (ту, что находится рядом с самим лазером). Быстро нажмите кнопку тестирования на драйвере лазера. Теперь лазер пометил кусок дерева точкой. Теперь переместите ось Y в самую дальнюю точку оси и снова нажмите кнопку тестирования. Лазер отметит еще одну точку на деревянной детали. Цель состоит в том, чтобы две точки находились на одном и том же месте. Поэтому вам нужно повторить это несколько раз с новым куском дерева. Между сессиями вам нужно настроить первое зеркало, поворачивая эти болты. Постарайтесь, чтобы это место находилось в центре зеркал, отрегулируйте их положение перед выравниванием.

Когда первое зеркало откалибровано, вы можете сделать то же самое для второго зеркала.

Для последнего зеркала, которое направляет луч вниз в линзу, я просто отрегулировал зеркало так, чтобы луч стал идеально вертикальным.

Вы убедитесь, что это очень просто и займет всего 15 минут. После нескольких часов работы вашего лазерного резака вам придется повторить этот шаг.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Лазерные станки