Изготовление лазерного гравёра своими руками. Делаем лазерный гравер на основе Arduino Лазерный гравер для печатных плат из dvd

Все уже наверное слышали, что из пишущего DVD привода можно добыть полупроводниковый лазер и зажигать им спички и прожигать тонкую бумагу.

Но автор этого видео пошел дальше и сделал вполне себе такой удобный инструмент для гравировки по органическим поверхностям. И эта идея сразу как-то по другому заиграла. Надо отметить, что видеоинструкция изготовления лазерного гравера очень подробная. Автор подробно объясняет все шаги и зачем, что нужно. Единственно, о чем автор не сказал, что даже с таким маломощным лазером стоит обращаться очень аккуратно и избегать попадание в глаза даже отраженного от любой поверхности луча. Иначе можно серьезно повредить глаз. Есть способ поднять мощность лазера. Надо просто использовать несколько полупроводниковых лазеров и фокусировать их лучи в одну точку. Но это серьезно усложнит конструкцию и потребует более мощного источника питания.

• Циркулярная пила своими руками. Распиловочный стол. (0)
  Для начинающих. Такой станок может сделать своими руками каждый. Удивительно просто и доходчиво. И буквально нужен один старый советский […]
• Что можно сделать из старых полотен циркулярных пил? Правильно — ножик. (0)
  Очень полезный проект с подробным видео процесса изготовления ножа из полотна старых циркулярных дисков. Здесь присутствуют все этапы […]
• Что можно сделать из старого DVD плеера? Шикарную зарядку для смартфонов, например. (0)
  Как летит время. Уже DVD видеоплееры устаревают и девать их некуда. Из очередной уходящей натуры можно еще много чего полезного […]
• Где взять неодимовые магниты недорого, а бывает и совсем бесплатно. (0)
  Возможно вам, также как и мне, понадобился неодимовый магнит. Не торопитесь его покупать. Есть несколько мест где можно взять их бесплатно. […]

Для 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, канифоль

Шаг 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:

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.

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 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

Наступило время, когда геперболоид инженера Гарина из романа Алексея Толстого переместился на кухонный стол обычной московской квартиры.

Пару лет назад в китайских интернет-магазинах можно было найти недорогие наборы лазерных граверов. Сначала мощность лазера составляла 100 мВт, потом 500 мВт… Недавно появился гравер мощностью 5 Вт, такая мощность полупроводникового лазера уже позволяет не только выжигать картинки на фанере, но и резать фанеру.

Набор для сборки лазерного резака приехал в качественной упаковке. Пенопласт в картонном ящике.
Поставляется лазерный гравер 5500mw A5 Mini Laser Engraving Machine виде комплекта для сборки: алюминиевые направляющие, шаговые двигатели, плата управления, очки для защиты глаз от лазерного излучения, детали корпуса для сборки и плата управления с фурнитурой. Чтобы собрать девайс, понадобился один вечер.

Конструкция лазерного ЧПУ проще конструкции ЗD-принтера, те же направляющие, по которым головку гоняют шаговые двигатели. Только у ЗD-принтера их три, и перемещают они головку в трёх измерениях. В нашем случае достаточно того, чтобы головка перемещалась просто по плоскости в двух измерениях. Усилия для её перемещения не надо никакого, поскольку нет механического контакта с материалом заготовки. Лазерный гравер подключается к компьютеру через стандартный USB- порт.

Деталь, которую вы хотите вырезать, или изображение, которое вы хотите выжечь, надо нарисовать в векторной программе. Программа должна сохранять файл с изображением в формате wmf.

Файл в этом формате можно импортировать в программу, управляющую гравером.

Лучше использовать для этого бесплатную программу SketchUp (достаточно простая программа для создания ЗО-моделей). Управляющая гравером программа ВenВох скачивается бесплатно с сайта продавца.

Мощность лазера, к сожалению, не регулируется. В программе устанавливается скорость передвижения головки - чем быстрее она движется, тем меньше прожигает.

А хотите резать, устанавливаете скорость поменьше. Чтобы регулировать мощность, надо заказывать дополнительную плату; установив ее, сможете регулировать мощность вручную. Для гравировки достаточно 100-500 мВт а для резки материала - 2000-5000 мВт.

При работе гравер слегка дымит. При открытой форточке дым мне не сильно мешал. Но дым задерживает луч лазера, снижая его мощность и, соответственно, глубину реза.

Все бы ничего, но знатоки лазерной резки пишут, что линза может закоптиться. Поэтому сразу после покупки станка надо делать мощную вытяжку или хотя бы устанавливать на головку гравера вентилятор.

КАК РЕЖЕТ ЛАЗЕРНЫЙ ЧПУ-СТАНОК

Как известно, лазер не режет, он прожигает Чем выше мощность лазера, тем более стойкий материал им можно обрабатывать. Суть лазерной резки в том. что материал успевает «испариться» в луче лазера раньше, чем начнут гореть прилегающие к точке резки края материала.

При глубокой резке происходит подгорание краев верхних слоев материала, поэтому глубокий рез лазером имеет трапециевидную форму с широкой стороной сверху При резке материала слабым лазером происходит нагрев и воспламенение краёв материала с этим можно бороться, используя обдув тонкой струей воздуха точки реза и множественными проходами по одной и той же траектории.

Только тут не линейная зависимость «мощность лазера-количество проходов». То есть, если вы можете прорезать тонкий лист бальзы или фанеры лазером мощностью 5 Вт. то для прореза лазером в 2 Вт придется делать не 2-3 прохода, а гораздо больше. Так что с надеждами «купить подешевле и просто гонять по нескольку раз по линиям резов» лучше расстаться. Брать надо более мощный лазер, желательно с запасом мощности.

ФОКУСИРОВКА ЛАЗЕРА

Фокусировка лазера ручная.

Подкладываем объект для гравировки.

При включении лазера на минимальной мощности, чтобы его сфокусировать на объекте гравировки, надо вручную вращать регулировку фокусирующей линзы, пока размер пятна не превратится в точку, станет минимальным. В этом случае мы получаем максимальную мощность.

При резке фанеры луч лазера, прорезав пару миллиметров, уже расфокусируется, ослабевает и не дорезает фанеру до конца. Получается, что чем глубже режем, тем слабее луч. В этом случае есть смысл фокусировать лазер на поверхности, на которой будет лежать фанерная заготовка.

Практическое применение гравера в домашних условиях

Гравер идеально походит для раскроя кожи. На кожу можно нанести любой рисунок и сразу вырезать лазером выкройки. Большой плюс лазера при резке синтетических тканей и кожи в том, что края прижигаются и потом не лохматятся. Легко гравируется пластик. Можно сделать крышке своего любимой стильную гравировку на смартфона.

Домашнее улучшение Двусторонняя лента нано прозрачная без следа акриловая волшебная…

Итак. Пить перестали, фрезер уже собрали, Ардуину приобрели, руки у нас постепенно выпрямляются - скоро совсем на ХомоСапиенса станем походить. А он, как известно, проблемы привык себе создавать самостоятельно, как китайский комсомолец потом их решать. Таков он русский характер.
Из "ничего" нам понадобятся:

Ардуино Уно
Шилд с парой СтепСтиков
Лазер..... как вариант проще приобрести, но если ум пытливый, можно и ДВД-юшный поковырять
Два старых СД/ДВД рома, лучше все таки старых
Блок питания на 12вольт.... ампер так немного 2-3-5-10 не важно вообщем
Немного сверлилки, немного винтиков М4 и М3

Два кусочка квадратной трубы 20х20мм и длиной 180мм
Микросхема ULN2003 буковки могут быть и другими - для нас важны цыферки 2003. Эта микросхема часто используется в старых сканера Мастек для управления шаговым мотором.
Вообщем у настоящего хозяина такого хлама обычно в достатке....
Если Ардуино в доме не нашлось, Можно поискать например на Авито или AliExpress

Шилд лучше тоже заказать заранее.... например 3D Printer Engraving Machine A4988 Drive Extension Board CNC Shield V3 For Arduino + StepStick 2 шт walkera new v120d02s 6ch 3d rc remote control helicopter bnf green (Red)
Если лазера в хламе почему то вдруг не оказалось, его можно присмотреть тут: 405nm 50mW Focusable Violet Dot Laser Module Laser Generator Diode Focusable Laser Module Red Dot Laser Generator Diode 200-250mW 650nm , 450-500mW Violet Laser Module With Holder For Mini Engraving Machine И вдруг настало время для страшилок. Друзья, имея дело с лазером остерегайтесь попадания в глаза прямого и даже отраженного лазерного луча. Можно лишиться зрения навсегда. Лучше всего все работы проводить в специальных очках, которые всегда продаются в отделах, торгующих лазерными диодами.

Ну а если влом ждать пока китайцы пришлют долгожданную посылку, вполне можно поэкспериментировать с лазерным диодом от DVD-RW. На последнем остановлюсь. Разбирая пишущий двд будьте внимательны - в нем обычно используется два диода - один с видимым (обычно красным) спектром излучения, второй с невидимым инфракрасным. Использовать второй крайне не рекомендую в плане безопасности.

Чтобы проверить светодиод, подключаем к нему обычную батарейку на 1,5 вольта. Если излучение красное - все ок.

Начинаем курочить....простите...разбирать СД-ромы. Распрямляем скрепку и толкаем в отверстие в лицевой части устройства. Отсек для диска откроется, снимаем крышечку отсека и выворачиваем винты. Дальше все как везде.

Крышечку отсека я сразу приклеил к лицевой панели

Выкидываем лоток, платы, вообщем максимально высвобождаем внутренне пространство бывшего двд-юка. Сюда у нас впоследствии втанет блок питания

Я вкорячил блок питания от какого то принтера НР, переделав его с 38 вольт на 12. Мощности его хватит за глаза.

Дальше еще проще - из ДВД выколупываем пару сильных магнитов (в блоке линзы), приклеиваем их к лазеру. Стараемся сильно не нагревать, если клеим термопистолетом.

Сверлим и пилим квадратные загoтовки труб.

Отверстия ф4мм с лицевой стороны и с другой рассверливаем до 10мм
Прикручиваем к корпусу ДВД-юка.
Используя резиновые демпферы из самого двд, прикручиваем линейные приводы к корпусу.

Получаем что то типа.....
От второго корпуса ДВД отрезаем полоску сталюки и термопистолетом приклеиваем к горизонтальному линейному модулю - как на фото (к нему с помощью магнитов крепим лазер)

На нижний привод опять же с помощью термоклея клеим кусочек оргстекла/пластика толщиной 4мм и размером примерно 45х35мм. К нему на суперклей с активатором клеим рабочий стол. Его я вырезал из корпуса старого флоппика 3,5"
Стараемся стол приклеить строго горизонтально.

С обратной стороны на заклепы пристреливаем кусок пластика или оргстекла - к нему на двусторонний скотч будем крепить электронику.




Да, чуть не забыл - линейные модули я крепил на резиновые втулочки от каких то старых принтеров - вполне можно использовать любые подходящие трубочки - например ровно нарезать старый фломастер.

Итак добрались к электронике. На самом деле она проста

Несмотря на то, что на шилде написано 12-36 вольт, питать его следует 12-ю.

Если моторы крутятся в противоположную сторону - просто выключаем питание и разворачиваем разъем на 180 градусов.
Разъем имеет распиновку АаВв (начало первой обмотки, конец первой обмотки начало вторй обмотки конец второй обмотки)
Лазер питается и управляется микросхемой 2003. Используется всего четыре выхода микросхемы.

Очень важно залить прошивку в ардуину с битрейтом 9600. С другим битрейтом программа просто не будет видеть ардуину.

Необходимо залить в ЕЕPROM значения "шаг на мм" у шаговиков в СД/ДВД ромах обычно 20 шагов на оборот. В СтепСтиках обычно используется мультипликатор 1/16 - т.е. 320 шагов. За оборот привод проходит обычно 3мм (необходимо померять растояние между витками на винте привода). 320/3 = 106 шагов на 1 мм.

Вносим это значение с помощью командной строки в программе GRBL Controller

$100=106 (Enter)
$101=106 (Enter)
$102=106 (Enter)

Залить прошивку в Ардуино Уно с помощью программы Ардуино можно след. образом:
Распаковываем архив
Переименовываем (например просто в GRBL)
Копируем в папку "библиотеки"
Открываем программу, меню Скетч - загрузить библиотеку - выбираем GRBL







PS заготовка к рабочему столу крепится с помощью все тех же магнитов из головки ДВД
PPS фокусировка лазера производится поднятием / опусканием диода относительно стола. Для этого мы предусмотрели крепление на магните.

На сборку такого гравера у автора ушло 4 месяца, его мощность составляет 2 Ватта. Это не слишком много, но вполне позволяет делать гравировку на дереве и пластике. Также устройство может резать пробковое дерево. В статье имеется весь необходимый материал для создания гравера, включая STL файлы для распечатки узлов конструкции, а также электронные схемы для подключения двигателей, лазеров и так далее.

Видео работы гравировщика:

Материалы и инструменты:

Доступ к 3D-принетру;
- стержни из нержавеющей стали 5/16";
- бронзовые втулки (для подшипников скольжения);
- диод М140 на 2 Вт;
- радиатор и кулеры для создания охлаждения диода;
- шаговые двигатели, шкивы, зубчатые ремни;
- суперклей;
- деревянный брус;
- фанера;
- болты с гайками;
- акрил (для создания вставок);
- линза G-2 и драйвер;
- термопаста;
- защитные очки;
- контроллер Arduino UNO;
- дрель, режущий инструмент, саморезы и т.д.

Процесс изготовления гравера:

Шаг первый. Создаем ось Y
Сперва в Autodesk Inventor нужно разработать каркас принтера. Затем можно приступать к распечатке элементов оси Y и к ее сборке. Первая деталь, которая печатается на 3D-принтере, нужна для того, чтобы установить шаговый мотор на ось Y, подключить стальные валы и обеспечить скольжение вдоль одного из валов оси Х.

После того как деталь будет распечатана, в нее нужно установить две бронзовые втулки, они используются в качестве опор скольжения. Чтобы снизить трение втулки нужно смазать. Это отличное решение для подобных проектов, поскольку обходится дешево.

Что касается направляющих, то они сделаны из стрежней нержавеющей стали диаметром 5/16". Нержавейка имеет небольшой коэффициент трения с бронзой, поэтому отлично подходит для подшипников скольжения.

На ось Y также устанавливается лазер, он имеет металлический корпус и достаточно сильно греется. Чтобы снизить риск перегрева нужно установить алюминиевый радиатор и кулеры для охлаждения. Автор использовал старые элементы от контроллера робота.

Помимо всего прочего в блоке для лазера 1"Х1" нужно сделать отверстие 31/64" и добавить болт к боковой грани. Блок соединяется с другой деталью, которая тоже напечатана на 3D-принтере, она будет перемещаться по оси Y. Для передачи движения используется зубчатый ремень.

После сборки модуля лазера он устанавливается на оси Y. Также на этом этапе устанавливаются шаговые двигатели, шкивы и зубчатые ремни.

Шаг второй. Создаем ось X

Для создания основания гравера использовалось дерево. Самое главное при этом, чтобы две оси X находились четко параллельно, иначе устройство будет клинить. Для перемещения вдоль координаты X используется отдельный мотор, а также приводной ремень в центре по оси Y. Благодаря такой конструкции система получилась простая и отлично работает.

Для крепления поперечной балки, которая соединяет ремень с осью Y, можно использовать суперклей. Но лучше всего для этих целей распечатать на 3D-принтере специальные кронштейны.

Чтобы проверить, как работает электроника, автор включил ее вне станка. Для охлаждения электроники используется компьютерный кулер. Работает система на контроллере Arduino Uno, который связан с grbl. Чтобы сигнал можно было передавать в режиме онлайн, используется Universal Gcode Sender. Чтобы преобразовать векторные изображения в G-код, можно использовать Inkscape с установленным плагином gcodetools. Для управления лазером используется контакт, который контролирует работу шпинделя. Это один из самых простых примеров с применением gcodetools.

Конечно, сложные изображения получаются не очень качественные, но вот простые гравировщик выжигает без труда. Также с помощью него можно без проблем резать пробковое дерево.