Сборка лазерного станка с ЧПУ

Бортовой кадрожурнал сегодня ведёт @avp

Меня уже давно привлекает тема создания инструментов, которые могут создавать инструменты. В конце-концов, это то, чем занимается человечество на протяжении длительного времени: используя созданные инструменты, мы создаём что-то больше, что раньше было недоступно.

В конце 2018-го года мы решили попробовать собрать один из таких инструментов -- лазерный резак/гравировщик с ЧПУ -- в нашем хакерспейсе CADR. Проект с одной стороны не самый сложный -- сейчас в интернете масса инструкций по сборке различных станков с ЧПУ. С другой стороны, мы впервые решились поднять столь крупный проект.

Я с одним из наших активных участников, Петром Третьяковым, составил список материалов, необходимых для сборки, и мы посчитали стоимость -- получилось порядка 16-18к рублей. В наш список входило:

• Лазер на 5.5Вт (~8500 р.): https://www.aliexpress.com/item/-/32843304156.html
• Комплект защитных очков (~850 р.): https://ru.aliexpress.com/item/32845209559.html
• Двигатели NEMA17 (~2650 р.): https://www.aliexpress.com/item/5pcs-lot-Nema17-Rectangular-17HS4401-Stepper-Motor-V5-V6-4-lead-42-motor-42BYGH-motor-for/32838589646.html
• Комплект Arduino + CNC SHIELD + набор драйверов A4988 для управления станком: https://www.aliexpress.com/item/V3-0-Engraver-CNC-Shield-Board-A4988-Stepper-Motor-Drivers-For-UNO-R3-for-Arduino/2040099911.html
• Подшипники
• Гофрированная труба для вытяжки
• Крепёж (винтики-гаечки)
• Материал для корпуса

Постановка цели, поиск участников и сбор средств

Изначально мы хотели сделать фрезерный станок с ЧПУ, однако решили, что лазер с ЧПУ будет более востребован. Целью мы определили сборку инструмента, который был бы полезен участникам сообщества. Плюс также считаю, что именно ведение подобных проектов позволяет локальному сообществу развиваться.

Мы сразу решили позиционировать данный проект, как коллективный. Я был готов вложиться в осуществление идеи как с материальной, так и с организационной точки зрения; Пётр же готов был заняться сборкой и помочь с подбором компонентов.

Было сделано официальное объявление в кадрогруппе в Telegram (https://t.me/cadr_hackerspace) и других соцсетях о сборе средств на проект. Тем, кто донатил на лазер, предлагалась возможность пользоваться станком без дополнительных взносов, и возмещать только потраченные материалы. Задонатившим было предложено разместить их имена (или ники) на корпусе лазера после сборки.

Всего удалось собрать почти 10 килорублей на проект от сообщества. Список задонативших:

• инкогнито
• Колпашников Александр
• Слугин Владимир
• XXL
• Сувенир Сувенирыч
• @LeninOne
• @MaksimKidney
• @TaiBG

Данный список впоследствии был нанесён на корпус лазера, как и обещалось.

Лазер

Самым дорогим из вышеуказанного списка компонентов был, конечно, лазер. Мы выбрали лазер мощностью 5.5Вт, т.к. рассудили, что меньшую мощность брать смысла нет. Исходя из изученного материала в интернете, выходило, что данной мощности должно хватить для резки 3-4мм фанеры в несколько проходов. Конечно люди делают лазеры и из приводов записи компакт-дисков, однако резать распространённые виды фанеры таким лазером вряд ли получиться (мощность лазера из DVD-RW привода составляет порядка 120-150мВт).

Говорят, на мощный лазер невооружённым взглядом одному человеку можно посмотреть только два раза в жизни, поэтому мы сразу решили позаботиться о закупке защитных очков.

(Картинка.)

Длина волны выбранного нами лазера составляет 450нм, и очки нужно выбирать так, чтобы они отсекали как раз эту часть спектра (а не по красоте, как можно было подумать.) Хотя надо отдать должное: в этих очках чувствуешь себя так, как будто попал в Матрицу.

(Картинка.)

450нм попадают в видимый спектр, как можно видеть на данной иллюстрации:

(Картинка.)

Синий диапазон спектра как раз и отсекают купленные очки.

Преимуществом выбранного лазера является относительная дешевизна и простота эксплуатации. Весь лазер умещается вот в такой модуль:

(Картинка.)

Слева можно видеть управляющую плату, а справа -- лазер. Охлаждение интегрировано в модуль лазера, и выполнено в виде кулера на верхней части, который продувает воздух через корпус.

Хотя 5.5Вт -- это не самый мощный лазер в данном исполнении, "потолок" для них, судя по всему, находится в районе 15Вт. Следующим по мощности идёт уже CO2 лазер с отдельной системой накачки и охлаждения, что влечёт за собой повышение общей стоимости станка (одна только трубка накачки стоит по цене нашего лазера.)

Кроме того, CO2 лазеры могут требовать специфический проприетарный софт как на стороне контроллера, так и на управляющем компьютере, что не всегда хорошо.

Заказ и доставка

Заказывали всё из Китая.

Дольше всего нам пришлось ждать лазер. Он шёл к нам примерно два месяца: сначала поставщик не мог его отправить, сумел только на 3-й раз, и большую часть времени затем товар провёл на таможне. Вероятно это связано с тем, что на упаковке лазера китайцы написали везде "очки", вместо честной надписи "лазер".

Сборка

Фокусировка выбранного нами лазера производиться путём кручения фокусной линзы. На некоторых лазерах подобного типа фокус не регулируется, поэтому необходимо обеспечить ось Z на станке. В нашем же случае задача несколько упрощалась, так как вместо оси Z мы решили сделать фиксированное по высоте крепление лазера и регулировать фокус вручную.

(Картинка.)