Самодельный лазерный гравер на модуле D8-2500 и механике RepRap

Самосборный лазерный гравер/резак на основе 2,5 Ваттного лазерного модуля.

Если коротко – XY-кинематика, прошивка Marlin и лазерный модуль D8–L2500. Гравер получился что надо —умеет и выжигать, как точками, так и линией, а самое главное — резать!

Подробности читайте далее…

Сразу напомню про ТБ: при работе с лазером используйте очки (специальные, с учетом длины волны лазера), не направляйте его в глаза. Лазер очень мощный — даже небольшое отраженное излучение может серьезно повредить сетчатку.Итак, в последнее время я все бился над улучшением лазерного гравера Neje DK-5 с целью увеличения (в первую очередь) рабочей зоны и мощности для обработки различных материалов. В итоге, я пришел к тому, что проще сделать еще один, по образу китайских простеньких граверов на профиле.

За основу я взял китайский комплект на алюминиевом конструкционном профиле 2020 и 2040. Забегая вперед, я скажу, что практика показала – проще делать все на одинаковом профиле 2040, так как значительно повышается удобство монтажа и жесткость рамы (на двойной профиль проще крепить элементы корпусных панелей, ножки, кабель-каналы).

Основа любого лазерного гравера – это лазерный модуль. Опыт работы с диодами, выдранными из всевозможной техники, а также с модулем от Neje у меня был, но захотелось чего-то большего. У китайцев продаются твердотельные лазерные сборки все-в-одном: модуль в виде алюминиевого радиатора цилиндрической (реже) или прямоугольной формы (чаще всего). Внутри радиатора установлен цилиндрик с лазерным диодом, из которого торчат два контакта для подключения питающего тока. Также внутри лазерного модуля установлен (и залит некой субстанцией) токовый драйвер для диода, чаще всего СС (continuous current), реже – драйвер с поддержкой ТТЛ-сигналов для управления мощностью лазера. Часто – имеется вентилятор охлаждения сбоку или с торца радиатора. С другого торца на выходе лазера располагается фокусирующая или коллимирующая линза (в зависимости от назначения модуля). Питание, как правило, бывает 5В или 12В.

Вот пример того, что внутри (фото не мое, с просторов).Лазерный твердотельные модули (диодные) бывают от сотен милливатт (например, от 0,3 Вт) до нескольких единиц (например, 5,5 китайских ватт). Чем больше мощность, тем выше цена, причем за мощные модули цена настолько высокая, что проще рассмотреть возможность установки трубки СО2, но это совсем другая история. Имейте ввиду, что китайские ватты не всегда соответствуют реальности (очень тяжело оценить реальную мощность излучения). И запросто можно купить один и тот же лазерный диод, промаркированный как 5,5W, так и 8W или 10W. Возможно, они будут отличаться завышенным током на сам диод, что сильно (в разы) сокращает время жизни диода.

Так как хотелось не только выжигать по дереву, но и резать что-либо (пластик, фанера, картон и т.п. – но не металлы!), то модуля от Neje мне уже не хватало, тем более выдранные из сидюков не катят, да и сгорают быстро. Было принято решение поискать и приобрести лазерный модуль на несколько ватт из Китая, в основном я выбирал из лазерных модулей на 450 нанометров (одни из самых доступных).

Существуют следующие разновидности лазерных головок на гирбесте:

1. 2,5Вт 12в;

2. 0,5 вт 12в;

3. 0,5 вт 5 в.

Все лазеры на 445нм (фиолетовый лазер), с вентилятором охлаждения и блоком питания в комплекте.

Помимо отличия в мощности, очевидно, что отличается и питающее напряжение. Модули для 5В очень удобны для питания павербанками/батарейками, ну а также для готовых корпусов с приводами на 5В. Не забывайте, что вентилятор тоже должен быть на 5В.

При питании шаговых двигателей от 12В есть смысл приобрести и лазерный модуль на 12В с целью унификации питания гравера (то есть потребуется только 1 БП на 12В). Это как раз мой вариант. В комплекте с D8-2500 идет блок питания на 12В и 5А, что явно за глаза хватает лазерному диоду, и в придачу остается для питания электроники Ramps и сервоприводов.

В итоге я заказал 2,5Вт/12В. Вот что прислали:Вот несколько фото самого лазерного модуля.Включил лазер для проверки цепей питания и правильности подключения. Как то не сообразил установить поглощающую подложку, в итоге прожег свой фотофон.Итак, расскажу про свой проект гравера, в который вылился апгрейд моего Neje. Эдакая каша из топора. Скрутил лазер, снял электронику. Понял, что из этого каши не сваришь. Заменил электронику и лазер. В итоге сам Neje я решил оставить в покое и отложить подальше.

Хочу сказать, что существуют готовые рамы для установки лазера - XY плоттеры. Но я решил собрать раму самостоятельно, тем более это не так уж и сложно.

Идея была очень простая – это применение конструкционного профиля 2020/2040 в качестве рамы и направляющих для простенького гравера формата А3, как в китайских граверах. Жесткость обеспечивается специальными (штатными) соединениями для конструкционного профиля. (внутренние соединители, уголки). Размеры профиля – размеры печатной области (минус каретки). Формат выбирал чуть больше листа А4 с расчетом на материалы небольших размеров. После Neje с его 3.5х3.5 разница просто огромная.

Про электронику: есть варианты для RAMPS/LCD/SD/Marlin или CNCshield/GRBL. Шаговые двигатели демонтировал со старого устройства (nema17 – можно приобрести, они стандартные. Большие усилия не нужны, так как лазерная головка легкая/ Я думаю, при небольших размерах осей можно использовать недорогие nema17 типа 17H2408. Заказал напиленный в размер профиль и фурнитуру (уголки и метизы), плюс ролики для кареток.

В любом случае, если Вас заинтересует самостоятельная сборка принтера, то практически нет проблем найти чертежи для печати на принтере (stl) или чертежи для резки акрила.

Однозначно плюс комплекта лазерного модуля D8-L2500 – это наличие блока питания 12В 5А, что очень удобно. Буду запитывать шаговики от этого же БП.

Что потребуется для сборки

1 Лазерная головка Гравер/выжигатель — 1 шт.

2 Блок питания 12В Для питания лазера и приводов (1 шт, входит в комплект

лазера)

3 Блок питания 5в Для питания платы электроники (опционально)

4 2040 профиль продольные части рамы, Х-ось -2шт х420mm

5 2040 профиль поперечные части рамы — 2 шт х350mm

6 2040 профиль Перекладина Y оси — 1 шт х380mm

7 Nema17 Два по X, один по Y — 3 шт

с приводными не обязательно мощные

шестернями

8 Ремень GT2-6mm Два отрезка по X, один по Y -1,5 метра примерно

9 Концевики Крайние положения X Y осей — 2 шт.

10 RAMPS 1.4 Набор управляющей — 1 шт (*брал все комплектом)

11 Ardu Mega R3 электроники* — 1 шт

12 Display+SD shield+шлейфы — 1 шт.

13 A4988 driver, с радиаторами — 2 шт

14 Набор метизов (винты М3, М4, М5, гайки М3 — Комплект

М4, М5, Т-гайки, шайбы и т.д.) Для крепления рамы, ремней,

двигателей, для сборки кареток,

и т.д.

15 Уголки внутренние Для крепления углов рамы — 4 шт.

16 Ножки или стойки По углам — 4 шт

17 Комплект проводов -К-т

18 Кабель-каналы** — 1,5 метра примерно

19 Ролики Для кареток*** 12 (три каретки по 4 шт)

* Электронику можно заменить на Arduino Uno/Nano и CNC shield c драйверами (A4988/DRVxxxx)

**Есть еще спиральный кабель-канал.

*** Можно использовать по 3 ролика, или разные ролики (по диаметру), в зависимости от выбранных кареток.

По метизам могу подсказать только примерно, брал с запасом разных номиналов, потом по факту смотрел что подойдет. Рекомендую покупать на оптовках или заказать с али (я в итоге потратил в несколько раз больше, покупая в розницу, чем взял бы пару лотов на Али по 50-100 гаек и винтов).

Если каретки из акрила, можно не делать двойную – я перестраховался, из-за этого увеличилась толщина каретки и уменьшилась рабочая зона почти на 6 см. Можно и ролики взять поудобнее, с запрессованной втулкой М5.

Оригинальный вариант OpenBuilds предполагал использование всего 3 роликов — два ходовых и один, помельче, прижимающий.Для облегчения кареток, вместо нескольких шайб я использовал печатные втулки. Подбирается и делается все за три минуты, печатается примерно также по времени. Можно набирать шайбами или делать другие проставки. При проектировании лучше учитывать небольшой запас по размерам отверстий в плюс, из-за усадки пластика.

Вот что получилось.Нагрев проверял иногда – при периодической работе в течении часа на полную мощность (с перерывами) лазер не нагревался больше 40-50 градусов. В длительном режиме я не гонял, я думаю если потребуется в случае большего прогрева лазера, установлю дополнительный вентилятор на радиатор.

Вот результаты работыВидео:

Вырезаем квадрат из плотного картонаПробуем выживать точкамиЗдесь на видео 8-й проход по одному и тому же заданию по 5-6 мм деревянной рейке.Видно, что еще одного раза не хватило, чуть чуть не прорезал. Края ровные, без обугливания.

Еще точкиВторой проход по гофрокартону. Два прохода делал из-за толщины. Так то картон неплохо режет. К сожалению, не успел приехать второй заказ с удлинителями проводов для сервоприводов и с кабель-каналом – у меня сейчас ограничена рабочая область – провода внатяг идут, так что теста на большом полотне не будет (ну или попозже выложу).

Небольшой минус – работа подобного гравера в квартире это зло))) Очень много дыма от картона и дерева. Пластик и акрил я по этой причине не резал. Нужна хорошая вытяжка.

В планах – сделать ножки, подобие корпуса, убрать провода в каналы (есть возможность пустить провода внутри профиля или по пазам, с фиксацией их клипсами). Очень нужна вентиляция, вытяжка и корпус.

пока в планах адаптировать лазерный модуль для работы с ШИМ заменой драйвера на внешний.

И я нахожусь в поисках программного обеспечения для конвертации изображений в жкод. То, что испоробовал мне не помогло.

Еще есть мысль — можно добавить третью ось с кротким ходом. Это позволит более гибко подстраиваться под материалы с большой толщиной.

Долго общался с техподдержкой по поводу ШИМ-управления мощностью: ШИМ или ТТЛ модуляции в лазере нет.

ТТЛ контакты — это Т- и Т+, сигналы внешней модуляции. Как видно, на плате есть два Т+: один должен был бы уходить вовнутрь на плату драйвера, второй — припаивается внешний сигнал. Ничего на плате не распаяно. На драйвер уходит только питание. То есть драйвер «не умеет» ТТЛ.

Вот тут даже тема есть по этому поводу.Прошивка под Ramps (надо доработать 'под себя': откорректировать габариты рабочего поля, выводы управления лазером и т.п.)

Выводы

В целом приобретение данного модуля высвободило мне время, которое уходило на переделки диодов без корпусов. Не надо под каждый подбирать линзу, питание, пихать все в корпус. Стоимость модуля достаточно высокая, но если сравнивать стоимость готовой конструкции лазерного гравера типа такого, то в итоге выгода очевидна. Дело в том, что стоимость лазера – это больше половины стоимости гравера целиком. В остальном – это стоимость профиля, двигателей и электроники (по мелочи).