Лазерный станок своими руками / Хабр

Проектирование

Перед постройкой станка нужно как минимум нарисовать эскиз от руки, а лучше выполнить более точный трехмерный рисунок с помощью программы САПР. Автор проекта использовал google sketchup, довольно простую (бесплатную для 30-дневного использования) программу. Для более сложного проекта вы можете выбрать Autocad.

Главная цель рисунка — выяснить необходимые размеры деталей, для заказа их по интернету, и убедиться, что все движущиеся части станка подойдут друг к другу.

Как видите, детальных чертежей с размеченными отверстиями под крепления автор не использовал, намечал отверстия в процессе постройки станка, но такого исходного дизайна оказалось достаточно.

Габаритные размеры станка: 1050 х 840 х 400 мм.

Перемещение по осям: X 730 мм, Y 650 мм, Z 150 мм

Длина направляющих и шариково-винтовой передачи зависит от размера задуманного вами станка.

Когда идет проектирование станка с ЧПУ, есть несколько вопросов, от ответа на которые зависит конечный результат.

Какой тип станка с ЧПУ вы хотите выбрать?

С подвижным столом или с подвижным порталом? Конструкции с подвижным столом часто используются для станков небольшого размера, до 30х30 см. Их легче построить, их можно сделать более жесткими, чем машины с движущимся порталом. Недостаток перемещения стола заключается в том, что при одинаковой зоне резки общая площадь станка получается раза в два больше, чем при использовании конструкции с подвижным порталом. В этом проекте зона обработки около 65×65 см, поэтому был выбран подвижный портал.

Что вы хотите обрабатывать с помощью станка с ЧПУ?

В данном проекте станок предназначался в основном для фанеры, лиственных пород дерева и пластмасс, а также для алюминия.

 Из чего будет строиться станок?

Это в основном зависит от материала, который будет на станке обрабатываться. В идеале материал, который используется для изготовления станка, должен быть прочнее материала, который будет обрабатываться на станке или, как минимум, не менее прочным. Поэтому, если вы хотите резать алюминий, станок должен быть собран из алюминия или стали. 

Какая длина осей вам нужна?

По первоначальному замыслу станок с ЧПУ должен был обрабатывать фанеру и МДФ, которые в Нидерландах выпускают размером 62 х 121 см. Поэтому для Y расстояние прохода должно быть не менее 620 мм. Длина хода по оси Х равна 730 мм, потому что иначе станок занял бы все пространство комнаты. Поэтому ось X короче, чем длина листа фанеры (1210 мм), но можно обработать половину, затем сдвинуть лист вперед и обработать оставшуюся часть. С помощью такой уловки получается обрабатывать на станке куски куда большие, чем длина оси Х. Для оси Z выбрано 150 мм, чтобы в будущем использовать четвертую ось.

Какой тип линейного движения вы будете использовать?

Существует множество вариантов системы линейного перемещения, от ее выбора во многом зависит качество работы. Поэтому есть смысл потратиться на лучшую систему, которую вы можете себе позволить. Автор проекта решил, что линейные рельсы были лучшим вариантом из тех, на которые ему хватало денег. Если вы строите 3-осевой фрезерный станок с ЧПУ, вам нужно купить комплект, состоящий из трех наборов линейных направляющих и двух линейных подшипников на каждую направляющую.

Какую систему привода подач вы будете использовать для каждой оси?

Основные варианты привода подачи: зубчатые ремни, механизмы реечной передачи и передача винт-гайка. Для самодельных станков с ЧПУ чаще всего используют передачу винт-гайка с использованием шарико-винтовой пары. Гайка крепится к подвижной части машины, винт закреплен с обоих концов. Винт крепится к двигателю. Если двигатели вращается, гайка с прикрепленной к ней движущейся частью машины будет двигаться вдоль винта и приводить машину в движение.

ШВП в данном станке используется для привода осей X и Y. Шарико-винтовые подшипники обеспечивают очень плавный ход, люфт отсутствует, повышается качество и скорость резки.

Для оси Z использован стержень M10 из высококачественной нержавеющей стали с самодельной гайкой из делрина.

Тип двигателя и контроллера

Обычно в самодельных станках с ЧПУ применяются шаговые двигатели. Сервоприводы в основном используются для мощных промышленных станков с ЧПУ, они дороже и требуют более дорогих контроллеров. Здесь использованы шаговые двигатели 3Nm.

Тип шпинделя

В проекте используется стандартный Kress, он имеет хороший 43-мм зажимной фланец, а также встроенный регулятор скорости (но последняя функция есть у большинства шпинделей).

Если вы собираетесь выполнять действительно сложную резку, стоит обратить внимание на шпиндели с водяным охлаждением — они дороже стандартных, зато шумят гораздо меньше, могут работать на низких оборотах без перегрева и с самыми разными материалами.

Затраты

На данный станок с ЧПУ ушло примерно 1500 евро. Готовый фрезерный станок с ЧПУ сходных характеристик стоит намного дороже, так что вы можете сэкономить, создав станок самостоятельно.

Виды и особенности лазерных машин

Современные лазерные машины с ЧПУ успешно справляются с обработкой заготовок из практически любых материалов (дерева, металла, пластика, стекла, кожи, резины, бумаги, полиэтилена, камня и т. д.). Но, несмотря на значительную универсальность, каждая модель (или линейка моделей) имеет свою «специализацию».

Настольные лазерные граверы. Как правило, небольших размеров, не требуют установки в производственном помещении (подойдут для офиса или даже квартиры — если имеется такая потребность). Граверы оснащены хорошей оптической системой, однако её мощность сравнительно невелика. Тем не менее, гравер способен выполнять высококачественную гравировку (нанесение плоских и объёмных изображений на поверхность), а также сквозную резку заготовок небольшой толщины из большинства материалов (за исключением металлов) лишь незначительно уступая в производительности раскроя и резки «старшим» моделям лазерных станков.

Лазерно-гравировальные станки бывают как в настольном исполнении, так и в «напольном», и представлены очень большим разнообразием габаритов рабочих столов — от полуметра до полутора-двух и выше. Станки рассчитаны на установку в специальном помещении и предназначены для напряжённой работы в условиях производства. Каждый станок имеет монолитный корпус, обеспечивающий устойчивость конструкции и эффективно гасящий вибрации, возникающие при работе. Основным назначением таких моделей является лазерная резка и раскрой материалов (в том числе широкоформатных на большой скорости) и высококачественная гравировка поверхностей заготовок.

Компактные лазерные маркеры предназначены для гравировки изображений высокого качества с большой скоростью. Маркеры способны наносить гравировку на объёмные изделия (украшения, брелоки, ручки и пр.), при этом даже мельчайшие детали узора получаются чётко различимыми, а сам рисунок отличается долговечностью. Это достигается благодаря особой (т. н. «двухосной») конструкции оптической системы маркера. Отдельные линзы имеют возможность взаимного перемещения, поэтому лазерный луч, генерируемый трубкой, формируется в двухмерной плоскости и направляется в любую точку обрабатываемой заготовки под нужным углом. При этом головка излучателя фокусирует луч не плоской линзой, а специальным объективом, поддерживающим стабильность лазера при любых условиях обработки.

Лазерные маркеры имеют сравнительно малую рабочую область, но, как правило, уже в базовой комплектации оснащены встроенным микрокомпьютером со всем необходимым для работы программным обеспечением. Благодаря этому достигается высокая мобильность станка — дополнительные внешние подключения (исключая электропитание) не требуются.

Лазерно-гравировальные станки

Преимущества технологии лазерной обработки перед обработкой резанием привели к появлению лазерно-гравировальных станков. По принципу действия эти машины очень схожи с фрезерными станками с ЧПУ. Лазерный станок также имеет монолитный корпус, горизонтальный рабочий стол, размещённый над ним подвижный инструментальный портал с головкой лазерного излучателя (аналога шпинделя с фрезой). Движение портала (и соответственно, головки излучателя) обеспечивается шаговыми электродвигателями под воздействием управляющих импульсов, генерируемых системой ЧПУ (в соответствие с заложенной в память станка программой обработки). Процессор ЧПУ также управляет мощностью лазерного луча и обеспечивает функционирование прочих узлов станка.

Оптическая система станка состоит из лазерной трубки, отражающих зеркал и головки излучателя с фокусирующей линзой. Трубка имеет сложную «многослойную» конструкцию и заключает в себе активную среду (для современных станков — газовую смесь СО2, азота и гелия). При подаче внешнего напряжения (через повышающий трансформатор) в газовой среде инициируется лазерный луч. Система зеркал и фокусирующая линза головки излучателя направляет луч на поверхность материала. Движение головки излучателя над заготовкой позволяет вести обработку согласно заданному алгоритму по самым сложным (двух- или трёхмерным) траекториям. Для охлаждения лазерной трубки предусмотрена циркуляция жидкости (воды) в специальных магистралях под действием внешнего насоса.

Ультрабюджетный лазерный со2 станок своими руками

Всем привет. После покупки принтера и осознания принципа работы ЧПУ станков стал смотреть на другие виды станков. Отец хотел фрезер, а меня больше интересовала гравировка. Посчитав сколько будет стоить более менее вменяемый фрезер стало понятно, что сначала появится гравер. Так у меня появился диодный лазер на 2.5вт.

Про другие станки:  Станок балансировочный шиномонтажный в Минске. Сравнить цены и поставщиков промышленных товаров на маркетплейсе Deal.by

Станину решил делать с запасом и получилось рабочее поле 70х60см.

Каретки и прочие узлы были напечатаны. После начала эксплуатации стало понятно, что рабочее поле я сделал явно с излишним запасом, по факту больше чем формат А4 гравировать не приходилось. Далее после одной удачной модернизации принтера

Re-D-Bot

у меня осталось много профилей и из них была собрана мини версия гравера четко формата А4, как удачно не правда ли?))

А большая рама перекочевала на стенку где провела полгода.

Для гравировки я использовал платное ПО позволяющее динамически менять скорость и мощность работы лазера, это многократно ускоряло процесс и качество получилось отличное.

Со временем я немного изменил конструкцию поставив двигатели на станину, не нравилось мне, что они утяжеляют каретки и перегибают ремни.

К чему этот эпилог? К тому, что на момент сбора информации о стоимости разных видов лазеров мне объявили, что для сборки СО2 меньше чем с 500$ и не подходи. Случилось так, что у меня появилось много свободного времени, и более подробно изучив лазерные СО2 станки появилось непонимание где тут 500$. Поразмыслив над тем, что можно сделать самому применив 3д принтер, в SolidWorks была смоделирована почти полная сборка станка.

Вывод был таков, что по сути нужны только лазерные составляющие в виде самой лазерной трубки, БП к ней, зеркала и линза. Все остальное можно было распечатать, либо раздобыть)))

Каретки решил делать на колесиках, во-первых, если не использовать фирменные контроллеры, то скорость работы не слишком высока, и голова лазера у меня получилась очень легкой, а если колесики с головой принтера справляются, то почему не справятся лазерной, во-вторых, колесики у меня просто имелись с двойным запасом.

Стоимость лазерной составляющей оказалось лишь 12000р (с учетом платной доставки). Для пробы была заказана лазерная трубка всего на 40вт. Заказывал на Али, специализированных продавцов оказалось всего 3, и один явно перевешивал по заказам, а пообщавшись с ним стало понятно почему, менеджеры очень общительные и быстро отвечают на любые вопросы. Заказ был сделал и настало томительное ожидание, скрашиваемое сборкой всех остальных частей станка.

Довольно много различных частей осталось от сборки Re-D-Bot и его последующих модификаций. Дозаказать пришлось сущие мелочи вроде пружинок и подшипников с бортиками. Наконец пригодилась большая станина.

Корпус станка решено было делать из ЛДСП, хотелось, чтобы станов был компактным, так как места в мастерской становится все меньше.

Прикинул размеры корпуса исходя из размеров трубки с станины вышел квадрат 105х105см, высоту решил делать 20см, этого было вполне достаточно для работы с материалами до 50мм. Раскрой листа на корпус и стол, на котором он будет стоять обошелся в 2100р (включая стоимость самого листа).

Полным ходом шла печать различных узлов станка, благо все было смоделировано с учетом последующей печати и это помогло избежать проблем ‘узел не подходит к месту’. Хотя все равно некоторые узлы пришлось дорабатывать, к примеру голова имела лишь 1 свободу регулировки, по высоте, вот только добраться до гаек для затяжки стоило множества потраченных нервов, пришлось дорабатывать, так же оказалось, что задняя часть каретки головы вроде как и не несет особой нагрузки, но при изрядной натяжке ремней ее просто выворачивало.

Кстати о степенях свободы. Заводские крепления зеркал имело по 2-3 степени свободы (это кроме возможности поворачивать зеркало), что несколько усложнило юстировку зеркал. В своем проекте я дал им лишь по 1 свободе, голова вверх/вниз, боковое вперед/назад, зеркало у лазера тоже вниз/вверх, вот и все. Меньше подвижности -меньше шансов ошибиться.

В заводских конструкция за подгонку фокуса отвечает подъемный механизм стола, меня этот вариант не устраивал, и я стал думать над тем, чтобы фокус можно было регулировать на голове, так был смоделирован цанговый зажим втулки с находящейся внутри линзой.

Печать всех частей производил из PETG, отсутствие усадки позволяет выставлять точные размеры не переживая,

Про другие станки:  Самодельные мини токарные станки по металлу | Станочный Мир

что детали не будут подходить друг к другу.

Сразу скажу, что этот узел пришлось переделать, так как если линза по каким-либо причинам пачкается то при работе она начинает неслабо греться, так однажды линза вплавилась в цилиндр и была разбита при попытке ее вынуть.

Покупать готовую голову жаба не позволяла и вдруг на глаза попался старый линзованый фонарик, в нем узел со светодиодом и драйвером отлично подходил для зажима линза, размеры совпадали, оставалось лишь откромсать лишнюю часть фонаря (он кстати был нерабочий, деньги за него вернули)). Так же были проблемы с носиком обдува, оказалось что луч нагревает не только точку на поверхности, но и воздух вокруг себя, из за этого кончик постоянно плавился

решено было сделать вставку, для этого отлично подошли уже испорченные сопла для принтера, только решено было рассверлить до 2мм отверстие, чтобы оставалось проистранство на погрешность установки.

Лазер пришел за неделю до НГ, праздники обещали быть плодотворными)))

Большая подстава получилась с валом который должен был синхронизировать каретки Y. Его обещали изготовить, но постоянно кормили завтраками вплоть до 31 числа, а потом и вовсе сказали что будет только 9го… Ожидание было невыносимо и было принято решение временно использовать шпильку, но так как 8мм шпилька совсем не 8мм, было решено использовать 5мм с использованием втулок. Этот трюк вполне сработал (кстати вал мне отдали только 29 января и то не 8мм, а 8.2 да еще и кривой).

Поскольку лазерная голова довольно легкая ее передвижением занимался NEMA17 напрямую, а вот для балки Y пришлось ставить шкивы в итоге получив передаточное 1:2. Не густо конечно, но вполне достаточно.

Долго думал над охлаждением трубки, решено делать на элементах Пельтье, но пока зима в соседней комнате (гараж) и так всегда 10°, было принято решение просто вывести трубки охлаждения с емкостью туда. Воду качал небольшой насос с али за 500р, заявлено 800л/час, оптимистичные китайцы, но около 200 он выдает а нам этого предостаточно.

Конструкция была собрана и станок наконец ожил.

Недостатком моей компактной конструкции оказалось жуткое неудобство юстировки, для нее приходилось снимать боковую стенку, иначе к винтам не подлезть. Но это все мелочи. Полчаса пострелушек в фанеру и бумагу и все зеркала отъюстированы. Первые резы показали что без вытяжки можно разве что бумагу резать. В качестве нее отлично подошел старый вентилятор 140х140мм, уж не знаю от чего он, но дует он крайне мощно, а шумит наравне с пылесосом. Испытание вытяжки проводились электронной сигаретой (именно для таких целей она и приобреталась) и результат был отличный.

Далее начались испытания возможностей 40вт трубки. Результаты меня несколько поразили. Про 4мм фанеры и говорить не стоит. Оргстекло нашлось только 1мм, его лазер режет даже на крайне малых мощностях. В 1 проход удалось резать до 8мм фанеры, но медленно. Получилось даже прорезать 12мм, но в 3 прохода, хотя о качестве реза говорить не стоит…

Испытания и пробные изделия делались из довольно плохой фанеры 44 сорта причем пролежавшей в гараже 2 года. При попытке купить хорошую выяснил, что в моем городе этим занимается ТОЛЬКО 1 контора и ожидание 3 недели. Сижу жду)))

Ах да, то о чем вообще стать – стоимость станка с учетом покупки всех частей составляет менее 16000 рублей. И это с полем 60х70см. А поле может быть практически любых размеров.

Больше фотографий можете увидеть перейдя по ссылке на альбомТак же прикладываю “смету” с ссылками.

Спасибо всем кто смог дочитать до конца.

Можете пинать.