13.10.2020

Андрей Смирнов

Время чтения: ~18 мин.

Изготовление лазерного гравёра своими руками

maxim0512Arduino / СтанкиДобавлено 9 комментариев Добрый день, со временем у меня накопилось много нерабочих CD или DVD приводов. В интернете много описаний изготовления разного рода лазерных граверов сделанных на основе таких приводов. Сегодня я хочу поделиться с вами своим опытом по изготовлению такого гравера. В качестве контролера – Arduino UnoДля изготовления лазерного гравера или ЧПУ (числовое программное управление) станка нам понадобится:— DVD-ROM или CD-ROM- Фанера толщиной 10 мм (можно использовать и 6мм) — Саморезы по дереву 2.5 х 25 мм, 2.5 х 10 мм- Arduino Uno (можно использовать совместимые платы)- Драйвер двигателя L9110S 2 шт.- Лазер 1000 МВт 405nm Blueviolet- Аналоговый джойстик- Кнопка — Блок питания на 5В (я буду использовать старый, но рабочий компьютерный блок питания)- Транзистор TIP120 ил TIP122 — Резистор 2.2 kOм, 0.25 ВТ- Соединительные провода- Элетролобзик- Дрель- Сверла по дереву 2мм, 3мм, 4мм- Винт 4 мм х20 мм- Гайки и шайбы 4 мм- Паяльник- Припой, канифольШаг 1 Разбираем приводы.Для гравера подойдет любой CD или DVD привод. Необходимо его разобрать и вынуть внутренний механизм, они бывают разных размеров:Необходимо удалить всю оптику и плату, находящуюся на механизме:Далее отрезаем шлейф, идущий от шагового двигателя, и припаиваем к выводам провода:К одному из механизмов нужно приклеить столик. Можно изготовить столик из той-же фанеры, вырезав квадрат со стороной 80 мм. Или вырезать такой-же квадрат из корпуса CD/DVD-ROM-а. Тогда деталь, которую планируете гравировать, можно будет прижимать магнитом. Вырезав квадрат, приклеиваем его:Ко второму механизму нужно приклеить пластинку к которой в последующем будет крепиться лазер. Вариантов изготовления масса и зависит от того что у вас есть под рукой. Я использовал пластиковую модельную пластину. На мой взгляд, это самый удобный вариант. У меня получилось следующее:Шаг 2 Изготовление корпуса.Для изготовления корпуса нашего гравера мы будем использовать фанеру толщиной 10 мм. Если ее нет, можно взять фанеру и меньшей толщины, например 6 мм, или заменить фанеру на пластик. Необходимо распечатать следующие фото и по этим шаблонам вырезать одну нижнюю часть, одну верхнюю и две боковых. В местах отмеченных кружком проделать отверстия для саморезов диаметром 3мм. После резки должно получится следующее:В верхней и нижней частях необходимо проделать отверстия 4 мм под крепления ваших частей приводов. Я не могу сразу разметить эти отверстия, так они бывают разные:При сборке необходимо использовать саморезы по дереву 2.5 х 25 мм. В местах вкручивания саморезов необходимо предварительно просверлить отверстия сверлом 2 мм. Иначе фанера может треснуть. Если предполагается собирать корпус из пластика, необходимо предусмотреть соединение деталей металлическими уголками и использовать винты диаметром 3 мм. Для придания эстетического вида нашему граверу стоит зашкурить мелкой наждачной все детали, при желании можно покрасить. Мне нравится черный, я покрасил все детали в черный цвет аэрозольной краской.Шаг 3 Подготовка блока питания.Для питания гравера необходим блок питания на 5 вольт с силой тока не меньше 1.5 Ампер. Я буду использовать старый блок питания от компьютера. Отрезаем все колодки. Для запуска блока питания необходимо замкнуть зеленый (PC_ON) и черный (GND) провода. Можно поставить выключатель между этими проводами для удобства, а можно просто их скрутить между собой и использовать выключатель блока питания, если он есть. Для подключения нагрузки выводим красный (+5), желтый (+12) и черный (GND) провода. Фиолетовый (дежурные +5) может выдать максиму 2 ампер или меньше, в зависимости от блока питания. Напряжение на нем есть даже при разомкнутых зеленом и черном проводах. Для удобства приклеиваем гравер на двусторонний скотч к блоку питания.Шаг 4 Джойстик для ручного управления.Для выставления начальной позиции гравировки будем использовать аналоговый джойстик и кнопка. Размещаем все на монтажной плате и выводим провода для подключения к Arduino. Прикручиваем к корпусу: Подключаем по следующей схеме:

Out X -  pin A4 Arduino  Out Y - pin A5 Arduino   Out Sw – pin 3 Arduino  Vcc - +5 Блока питания  Gnd – Gnd Arduino

Шаг 5 Размещаем электрику.Будем размещать всю электрику сзади нашего гравера. Прикручиваем Arduino Uno и драйвера двигателя саморезами 2.5 х 10 мм. Соединяем следующим образом:Провода от шагового двигателя по оси Х (столик) подключаем к выходам драйвера двигателя L9110S. Далее так:

B-IA – pin 7  B-IB – pin 6  A-IA – pin 5  A-IB – pin 4  Vcc - +5 от блока питания  GND - GND

Провода от шагового двигателя по оси Y (лазер) подключаем к выходам драйвера двигателя L9110S. Далее так:

B-IA – pin 12  B-IB – pin 11  A-IA – pin 10  A-IB – pin 9  Vcc - +5 от блока питания  GND – GND

Если при первом запуске двигатели будут гудеть, но не двигаться, стоит поменять местами прикрученные провода от двигателей. Не забудьте подключить:

+5 от Arduino -  +5 блока питания  GND Arduino – GND Блока питания

Шаг 6 Установка лазера.В интернете полно схем и инструкций по изготовлению лазера из лазерного диода от пишущего DVD-Rom. Этот процесс долог и сложен. Поэтому я купил готовый лазер с драйвером и радиатором охлаждения. Это значительно упрощает процесс изготовления лазерного гравера. Лазер потребляет до 500 mA, поэтому его нельзя подключать напрямую к Arduino. Будем подключать лазер через транзистор TIP120 или TIP122. Резистор 2.2 kOm необходимо включить в разрыв между Base транзистора и pin 2 Arduino.

Base – R 2.2 kOm – pin 2 Arduino  Collector – GND Лазера (черный провод)  Emitter – GND (Общий блока питания)   +5 лазера (красный провод) - +5 блока питания

Соединений здесь немного поэтому паяем все на весу, изолируем и прикручиваем транзистор сзади к корпусу:Для прочной фиксации лазера необходимо вырезать еще одну пластинку из того же пластика что и приклеенная к оси Y пластина. Прикручиваем к ней радиатор охлаждения лазера винтами входящими в комплект к лазеру:Внутрь радиатора вставляем лазер и фиксируем его винтами, так же входящие в комплект к лазеру:И прикручиваем всю эту конструкцию на наш гравер:Шаг 7 Среда программирования Arduino IDE.Следует скачать и установить Arduino IDE. Лучше всего это сделать с официального сайта проекта.Последняя версия на момент написания инструкции ARDUINO 1.8.5. Никаких дополнительных библиотек не требуется. Следует подключить Arduino Uno к компьютеру и залить в нее следующий скетч:После заливки скетча следует проверить, что гравер работает как надо. Внимание! Лазер это не игрушка! Луч лазера, даже не сфокусированный, даже отраженный, при попадании в глаза повреждает сетчатку глаза. Настоятельно рекомендую приобрести защитные очки! И все работы по проверки и настройке проводит только в защитных очках. Так же не следует смотреть без очков на работе лазера в процессе гравировки.Включаем питание. При изменении положения джойстика вперед – назад должен двигаться столик, влево вправо – двигаться ось Y, то есть лазер. При нажатии кнопки лазер должен включаться.Далее необходимо настроить фокус лазера. Надеваем защитные очки! Подкладываем на столик маленький лист бумаги, и нажимает на кнопку. Изменяя положения линзы (поворачиваем линзу), находим положение при котором точка лазера на листке минимальна.Шаг 8 Подготовка Processing.Для передачи изображения на гравер будем использовать среду программирования Processing. Необходимо скачать с официального сайта.Следуя инструкции по установки, ставим Processing на компьютер. Открываем проект:Программа будет отправлять данные для гравировки картинки с именем «Arduino Logo 300×300.png». Для гравировки другой картинки следует, следует ее вначале подготовить. Картинка должна быть расширения PNG, размером 300х300 точек и черно – белая. Имя картинки нужно написать в строке:

img = loadImage("Arduino Logo 300x300.png");

Отправлять данные программа будет в первый по очереди com-порт. Следует открыть диспетчер устройств на компьютере, и посмотреть стоит ли первым в списке com-портов ваша Arduino. Если первая, тогда ничего менять не надо, если нет – меняет «0» в строке на номер com-порта в списке:

String portName = Serial.list()[0];

Подготовив все, надеваем защитные очки, нажимает кнопу старта в окне processing и наслаждаем процессом гравирования. Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь. Лазерный

Изготовить собственноручно ЧПУ из CD-ROM – вполне реально. Достаточно иметь необходимый багаж знаний, набор комплектующих, немного старания и терпения. И самодельный станок послужит своему конструктору не один год.

Для фантазии современных умельцев нет предела. Они способны не только создать станок ЧПУ из cd-rom, но и изготовить лазерный модуль, который затем можно будет применять в программируемом гравере. Им под силу и эксперименты посложнее. Кое-кому удалось уже сделать 3D принтер, взяв за основу ЧПУ станок, после чего установить печатающую головку. Внедрить в жизнь, при желании, можно самые фантастические идеи.

Умный дом на базе Ардуино: пошаговая инструкция по сборке

Вторая жизнь старым приводам

Многих интересует вторичное использование компонентов техники со статусом – морально устаревшая. В интернет-ресурсах уже есть интересные публикации по поводу того, где найти применение для старых приводов CD или DVD.

Один из умельцев изготовил своими руками станок чпу из dvd-Rom, хотя для управления подойдет и CD-ROM. В ход идет все, что имеется в наличии. Станок предназначен для изготовления печатной платы в электронике и фрезеровки-гравирования небольших заготовок. Последовательность работ можно сформулировать так:

Понадобится три двд-ром привода для точного позиционирования, чтобы координатный станок перемещать вдоль трёх осей. Приводы должны быть разобраны, а лишние элементы убраны. На шасси должен остаться только шаговый двигатель вместе с механизмом скольжения.

ВАЖНО! Шасси разобранного привода должно быть металлическим, а не пластмассовым.

Поскольку двигатель от DVD – биполярный, достаточно обе обмотки прозвонить тестером, чтобы определить их предназначение.
Кое-кто сомневается, достаточно ли мощности моторчика, рабочий узел передвигался на нужное расстояние? Чтобы уменьшить усилия двигателя, важно определиться, что стол будет подвижным, а не портального типа.
Основание станины – 13,5х17 см, а высота брусков для вертикальной стойки станка 24 см. Хотя DVD приводы производителей могут отличаться габаритами.
Далее надо взять шаговые двигатели, чтобы припаять провода управления (не важно – это будут контакты двигателя или кабельный шлейф).
Поскольку соединение с помощью винтов здесь не приемлемо, деревянные прямоугольники (будущие платформы), которые будут передвигаться вдоль трех осей, надо приклеить к подвижным деталям двигателя.
Шпинделем послужит электродвигатель, имеющий два винтовых зажима. Он должен быть предельно легким, иначе механизмам от CD/DVD его будет трудно поднять.

Читайте также: Делаем красивую шкатулку на ЧПУ станке своими руками

А можно сделать и лазерный гравер

Для построения лазерного модуля ставится программная цель: он должен иметь легкую фокусировку, достаточно жесткую конструкцию, и его изготовляют, используя лишь подручные материалы.

Дело это несложное, но у исполнителя должна быть точность и аккуратность, чтобы самодельное устройство в его руках выглядело красиво и, главное, работало.

Стоит просмотреть краткую инструкцию, предложенную еще одним домашним мастером.

Нужно будет запастись такими комплектующими:

электромотором от DVD привода;
лазерным диодом и пластмассовой линзой из dvd привода (до 300 Мвт, чтобы она не расплавилась);
металлической шайбой с внутренним диаметром 5 мм;
тремя винтиками и таким же количеством маленьких пружинок от ручки с шариковым стержнем.

В таком гравере – два механизма перемещения, вертикальное перемещение для лазера не понадобится. Лазерным светодиодом пользуются как режущим или выжигающим инструментом.

ВНИМАНИЕ! Надо знать тонкости лазера. Даже его случайный отблеск может навредить зрению. Нужна предельная осторожность.

НОВИНКА 2016 года! ЭЛЕКТРОНИКА ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ. БАЗОВЫЙ НАБОР ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ+КНИГА (11 ЭКСПЕРИМЕНТОВ).

Поскольку диаметры лазерного диода и отверстия в корпусе двигателя немного отличаются, меньшее придётся расширить. Проводники, припаянные к диоду, следует заизолировать при помощи термоусадочной трубки.

Диод запрессовуют в отверстие, чтобы был достигнут хороший термоконтакт между ними. Лазерный диод сверху можно закрыть гильзой из латуни, взятой из данного двигателя. В шайбе под винты делают три выреза. Линза, вставленная в отверстие шайбы, аккуратно приклеивается, избежав попадания на нее клея.

Объектив крепится к корпусу. Убедившись, что он способен свободно перемещаться вдоль болтов, положение фиксируется. Пользуясь винтами, выполняют фокусировку луча, как можно точнее. Такой лазер из dvd приводов применяют в граверной технике.

Как можно использовать Arduino

Небольшую плату, имеющую собственный процессор и память, контакты – Ардуино – используют в процессе проектирования электронных устройств. Своего рода, это – электронный конструктор, имеющий взаимодействие с окружающей средой. Через контакты к плате можно подключить лампочки, датчики, моторы, роутеры, магнитные замки к дверям – всё, что питается от электричества.

Читайте также: Как собрать лазерно-гравировальный станок с ЧПУ?

Arduino эффективно для разработки программируемых устройств, которые могут многое:

прокладывать маршрут движения устройства (чпу станок);
в партнёрстве с Easydrivers, можно осуществлять управление шаговыми двигателями станка;
через эту открытую программируемую платформу можно осуществлять ПО персонального компьютера;
подключение к Arduino датчика движения Line Track Sensor позволит отслеживать белые линии на темном фоне и наоборот;
его используют для построения робота и различных узлов станков;
выполняют ограничение шаговых моторов (при выезде за границу).

Заключение

Имея под рукой лазеры из старых приводов ДВД, сегодня умельцами в России создаются программируемые станки. Несложно создать надёжную основу управлению лазерными обрабатывающими центрами, используя узлы и механизмы старой электронной техники. Надо только очень захотеть!

Шаг 1: Разбираем старые DVD-приводы

Для начала, нам понадобятся два оптических привода — CD или DVD. Нас интересует каретка с шаговым двигателем, направляющие и лазерные диоды. Эти каретки будут нашими осями X и Y, их нужно будет прочно закрепить перпендикулярно друг другу. Как это сделать — вопрос вашего воображения.

Шаг 2: Собираем основу

Показать еще 4 изображения

Что такое Ардуино? Это свобода для изобретателя

В моём распоряжении был алюмелевый уголок примерно метр длиной и акриловое стекло. Я сделал основу из них, прикрутив ось Y маленькими болтами к алюминию. Закрепите ось X на алюминиевом уголке при помощи распечатанных на 3D принтере кронштейнах. Также будет хорошо сделать резиновые ножки для базы.

Шаг 3: Лазер

Следующий шаг — работа с лазером. Если вы разобрали привод DVD RW, вы можете использовать для проекта его лазерный диод, просто соорудите небольшой движочек — у меня есть видео о том, как это сделать.

Я собираюсь использовать модуль лазера 1.5w 445nm, который я соорудил в этом видео.

Естественно, при длительной работе, настольному лазерному граверу потребуется охлаждение, для DVD может хватить и кусочка алюминия, но в моём случае потребуется активное охлаждение. Я распечатал кронштейны для крепежа лазерного диода с движком на радиаторе с вентилятором шириной 50мм, таким образом, я решил и проблему с выведением дыма от гравируемой поверхности. В этом проекте обязательно носите очки для защиты от лазера, они стоят копейки — не экономьте на своём здоровье.

Лазер 405nm 500mw — Ali или Amazon
Лазер 445nm 500mw — Ali или Amazon
Лазер 650nm 150mw — Ali или Amazon

Шаг 4: Электроника

В качестве мозга у нас будет Ардуино Нано(Ali или Amazon), также нам пригодится шаговый мотор A4988 (Ali или Amazon), MOSFET IRFZ44N (Ali или Amazon), пара резисторов 47 ohm и 10k (Ali или Amazon). Источник питания для моторов и лазера — 12V и минимум 3A (Ali или Amazon), питание на Ардуино подается напрямую через USB, я полагаю, что схема довольно проста. Наиболее внимательные из вас обратили внимание на радиатор — тот факт, что я купил движок лазера на одну li-ion батарейку около 4V, и использовал lm317 для понижения DC-DC вольтажа с 12V на 4V, конечно же, он очень грелся при силе тока в 700mA. Я собрал всё на макетной плате, но забыл записать видео, поэтому посмотрите, как всё было спаяно на плате. MOSFET не нуждается в охлаждении — он и так достаточно прохладный.

Шаг 5: Программное обеспечение

Показать еще 4 изображения

Перед настройкой, нам нужно загрузить софт. Я использовал GRBL 1.1, исходники которого можно найти на GitHub. Нам нужна только папка «grbl», помещенная в zip-архив. Зайдите а ИДЕ Ардуино, далее Sketch — Include Library — Add .ZIP Library и выберите наш архив. Затем откройте пример, называющийся «grbl upload» и загрузите его на плату Ардуино. Также нам понадобится софт для отправки G-Code на гравировщик, я опробовал несколько вариантов и мне больше всего понравился «Laser GRBL». Выберите COM порт с Ардуино и скорость 115200, соединитесь и отправьте комманду , чтобы получить от платы ответ.

Шаг 6: Настройка шаговых двигателей

Возвращаясь к электронике, перед подключением, нам нужно правильно настроить питание для движочков, запитайте 12V, соедините Ардуино с ПК и замерьте вольтаж на потенциометрах. Вы можете рассчитать его по формуле

Vref = Текущая сила тока * 8 * 0,100 = Текущая сила тока / 1,25

Но, так как мы не знаем нужной силы тока для наших моторчиков, установите показатель примерно на 250mV и подключите моторчики. Один из моих движков грелся слишком сильно и я снизил напряжение до 130mV, второй наоборот, пропускал шаги, и я увеличил вольтаж до 350mV. 3 пина на моторчике отвечают за разрешение (размер шага), соедините их с +, и помните, что один из моих моторчиков не хотел работать с шагом 16 и мне пришлось выставить значение на 8. Во время настройки попробуйте также подвигать нашу конструкцию при помощи софта GRBL, используя стрелочки. Для экстренного выключения используйте стоп-кнопку с молнией.

Шаг 7: Установка программы

Следующим шагом будет установка программы. Соедините лазерный выжигатель с ПК и отправьте команду $$ — вы получите список параметров, которые хранятся в памяти Ардуино. Нас интересуют строчки со следующими номерами:

30 — максимальная широтно-импульсная модуляция лазера (PWM), с заданным параметром на пин d11 Ардуино будет подаваться 5V, вы можете оставить всё как есть, но я поменял его на 256, это делается путём отправки команды $ 30 = 256.
32 — режим лазера, вам нужно отправить туда «1», как и в предыдущем пункте, напишите $ 32 = 1,
100 — как много шагов нужно сделать мотору, чтобы пройти один миллиметр по оси X,
101 — то же самое для оси Y, эти два параметра должны быть рассчитаны, но для этого вам нужно знать шаг мотора. Просто нарисуйте что-нибудь и замерьте реальные размеры получившейся картинки и поменяйте параметры.
строки 130 и 131 — максимальные расстояния по осям X и Y соответственно, оно составляет около 35 мм и зависит от движочка.

Для того чтобы настроить фокусировку лазера, нужно включить лазер. Для этого нужно отправить M3 S250 и G1 X0 S25 F50 — это запустить лазер на 10% мощности.

Шаг 8: Финальный

Последним важным шагом будет настройка пределов по осям лазера и места, которое при включении лазера будет считаться нулевыми координатами. Так что перед включением лазера нам нужно выставить максимальные значения по осям — вытяните оси Y и X в максимальное правое положение. Загрузка картинок очень проста — выберите файл, он может быть как уже готовым G-Code, так и просто картинкой jpg, png или bmp.

Используемые источники: