Hola todos

Hace aproximadamente un año, quería comprar un cortador láser de CO2 para completar mi espacio de trabajo. Un problema fue que las cortadoras de láser no son baratas, especialmente para los aficionados que desean un área de corte grande. Por supuesto, por ese precio, también obtienes un software increíble y atención al cliente cuando compras un cortador láser, pero solo cumplí 17 años cuando comencé este proyecto y no tenía ese dinero. Es por eso que construí mi propia máquina.Ya había hecho una máquina como esta, así que pensé: "¿Por qué no hacerlo otra vez?". Por supuesto, este no estaría hecho de hojas de MDF.

Hice esta máquina junto con mi amigo Thibo, ya que era nuestro proyecto integrado para la escuela (estamos en nuestro último año de ciencias industriales). Se centró en la investigación sobre los láseres y el corte con láser, porque es sorprendente que pueda cortar objetos con solo usar la luz. Me centré en construir esta máquina. En esta instrucción, solo se hablará sobre el cortacésped. ¡Esta es una instrucción paso a paso completa sobre cómo construir su propio cortador láser! He incluido todos los archivos que necesitas para construirlo en este instructivo.

Este cortador láser utiliza un láser de CO2 de 40 W, tiene una gran área de corte de 1000 por 600 mm y tiene una pantalla táctil para controlarlo. Todo el proyecto me costó unos 1900 €, esto es todavía mucho dinero, pero no quería hacerlo desde la chatarra. Necesitaba construirse con materiales de alta calidad para que no se derrumbara en dos años. Y todavía es muy barato para un cortador láser con un área de corte tan grande. Además, por este precio, obtienes una experiencia increíble al construir tu propio cortador láser y un conocimiento invaluable.

Se ejecuta en dos microcontroladores, un arduino con GRBL y una frambuesa pi con pantalla táctil para hacer de este un dispositivo independiente y controlarlo. Esto significa que no necesita una computadora para enviar archivos a su máquina. Desafortunadamente, no tengo tiempo para esto en este momento, por lo que la pantalla táctil ahora solo se usa para controlar funciones adicionales como las luces, la asistencia de aire, la bomba … Definitivamente continuaré trabajando en este proyecto para convertirlo en un dispositivo independiente.

¡Importante! ¡Esta máquina utiliza un láser de 40W! Tomé buenas precauciones al diseñar el gabinete y el láser solo se activará cuando la cubierta esté cerrada. Siempre use gafas de seguridad cuando pruebe el láser. ¡Incluso los reflejos del rayo son muy peligrosos para tus ojos! No soy responsable de eventuales accidentes.

¡Realmente espero que te guste mi instructivo y ayudará a algunos de ustedes a construir su propia máquina!

Si te gusta, vota por mí. ¡Realmente lo apreciaría! ¡Gracias!

Subí un video de este cortador láser en youtube, lo puedes encontrar aquí:

Suministros:

Paso 1: Diseño

En este paso, hablaré sobre el diseño de esta máquina. Este paso no incluye ningún archivo para descargar. Agregaré esos archivos en los pasos en los que hablo sobre cómo construir o ensamblar las partes separadas del cortador láser. En cuanto a este paso, solo explicaré cómo y por qué llegué a este diseño. Me inspiré en la serie hobby Lasercutter de Full Spectrum Laser para el diseño exterior del láser.

Antes de hacer un borrador de cómo debería ser la máquina, hice una lista de cosas que debían tenerse en cuenta al diseñarla.

El primero en línea: ¡seguridad! Cuando se construye una máquina como esta, la seguridad es una prioridad. Como este cortador láser utiliza un láser de CO2 de 40 W, es obvio que el rayo láser e incluso los reflejos de éste (!) Deben mantenerse dentro de la máquina. Por eso utilizo una placa de acrílico oscuro para la tapa. La placa es lo suficientemente transparente para que veas lo que ocurre dentro.

Para los paneles laterales utilicé laminado de alta presión, solo porque se ve bien y es resistente al láser.

El segundo factor que tuve en cuenta fue el tamaño del área de trabajo y el cortador en sí. Quería que tuviera una gran área de corte de 600 por 1000 milímetros. ¿Por qué construir una máquina pequeña cuando puedes construir una grande?

Como esta es todavía una máquina de bricolaje, quise que fuera fácil cambiarla o agregarle partes cuando fuera necesario. Por lo tanto, los márgenes de todas las 'habitaciones' separadas en la máquina se seleccionan un poco espaciosas.

Con la facilidad de construir y potencialmente modificar este cortador láser en mente, decidí construir el marco con 3030 perfiles de ranura en T de aluminio.

Ahora explicaré el diseño básico de este proyecto. En las imágenes de este paso, agregué algunos borradores que muestran las diferentes vistas del marco. La construcción consta de cinco plazas separadas. El espacio más grande de todos, es el área de trabajo del cortacésped. El espacio justo detrás del área de trabajo es la sala de ventilación, todos los humos serán aspirados desde el área de trabajo a este lugar y serán exportados al exterior por una manguera de ventilación. Detrás de la sala de ventilación, hay dos espacios uno encima del otro. El espacio superior es el espacio donde vendrá el láser. Quería que el láser no estuviera en el área de trabajo porque sería malo para el láser estar en todos esos humos. El espacio inferior es el espacio donde estarán el tanque de agua y la bomba de agua, estos son necesarios para el enfriamiento del láser. La última sala es el espacio a la derecha de la máquina, donde se encuentran todos los eclectrónicos, controladores, suministros y pantalla táctil. Los espacios separados serán separados por acrílicos de 3 mm.

Paso 2: Lista de materiales

Como de costumbre, he hecho una lista completa de materiales con todo lo que necesita para construir su propio cortador láser. La mayoría de las piezas se ordenan en aliexpress, algunas en ebay y el resto se pueden encontrar en su compañía local de bricolaje. El precio total de estas piezas es de unos 1800 €. Las únicas cosas que no están incluidas en este precio son los gastos de envío (un total de aproximadamente 50 €) y el filamento de la impresora 3D. Usé un poco menos de dos rollos de filamento de PLA (40 €) para imprimir todas las piezas. Los costos totales de este impresionante cortador láser son aproximadamente € 1900.

En la lista de materiales, las placas individuales no se mencionan porque obtendrá más información sobre ellas en el paso 7. Acabo de gastar un total de alrededor de € 350 en esas placas.

También acabo de mencionar 'tuercas y tornillos' en la lista de materiales. Si observa la imagen que subí en este paso, verá exactamente qué tuercas y tornillos (con número DIN) y cuántos de ellos compré. Realmente no sé cuántos de ellos utilicé, pero la cantidad que mencioné seguramente será suficiente.

He elegido un cabezal láser con lente móvil, para que pueda ajustar la distancia Z entre la lente y el material que desea cortar para establecer el punto focal correcto.

Paso 3: Imprimir en 3D algunas cosas

Muchas de las partes de este cortador láser están hechas con la ayuda de mi impresora 3D. He cargado todos los archivos que deben imprimirse en 3D antes de que puedas comenzar a construir tu propia máquina. En los nombres de estos archivos STL mencioné cuántas veces se debe imprimir cada parte. Los nombres de las partes están escritos en holandés, lo siento, pero normalmente esto no debería ser un problema.

Puede ver algunas de estas partes en la imagen, pero no todas están incluidas allí.

El color de las partes realmente no importa, pero imprimí todas las partes internas en rojo (porque nos gustó) y las partes exteriores en negro (y algunas partes internas, simplemente porque me quedé sin filamento rojo;)).

Si no posee una impresora 3D y no conoce a nadie con una impresora, no tiene que comprarla usted mismo. Simplemente puede usar un servicio de impresión 3D como concentradores 3D, es muy fácil.

Sin embargo, una impresora 3D es una hermosa inversión.

Paso 4: Cortar los perfiles

Como ya mencioné en la lista de materiales, ordené los perfiles de aluminio con una longitud de 1980 mm en Alemania. Hice un esquema de qué partes se pueden cortar de cada perfil, lo agregué en este paso. Algunos de los perfiles deben cortarse en un bisel de 22,5 ° para hacer el bisel en la parte frontal del cortador láser, otros deben tener un orificio perforado o roscado. El último es para la firmeza adicional del marco. Agregué los borradores de los perfiles editados en este paso.

Las herramientas necesarias para esto son en realidad solo una sierra de metal. Tuve acceso a una sierra circular y una lijadora de banda, por lo que cortar los perfiles fue un trabajo bastante fácil, pero aún me costó un día de trabajo para dos personas. Solo necesitas cortar los perfiles como los dibujé para ti en el archivo adjunto y todo estará bien.

Paso 5: armar el marco

El marco fue ensamblado utilizando piezas impresas en 3D. Esas piezas se pueden descargar en el paso 3. Puede usarlas o comprar piezas de hierro para mayor firmeza. También es necesario imprimir las bisagras y 'voet deksel' para ensamblar la cubierta.

Para ensamblar el perfil, simplemente comience por ensamblar los perfiles inferiores, luego los perfiles verticales, los superiores y el último de todos los perfiles centrales. La cubierta se puede montar cuando el resto está hecho. En los adjuntos de este paso, incluí una guía que dice qué perfiles se deben montar y dónde.

Paso 6: montar los rieles y los motores

Ahora que tenemos el marco completo de nuestro cortador láser, es muy fácil montar todos los rieles, motores paso a paso y otras partes. Es mejor hacer esto antes de montar las placas porque ahora tiene fácil acceso a todo.

Para montar esas partes, solo mire las fotos como lo hice, creo que esta es la forma más fácil de explicarlo. Lo único que necesita cambiar es el interruptor de límite del eje X. Está montado en el punto más alejado del eje y debe colocarse en el punto más cercano. Esto debe cambiar porque en el software que usaremos (inkscape), la posición cero se coloca en la esquina inferior izquierda. Los cortadores de láser normales usan la esquina superior izquierda, pero esto realmente no cambia nada en la calidad de sus cortes, por lo que la esquina inferior izquierda del área de trabajo se usará como posición inicial.

También cambié el soporte del espejo montado en el eje Y. Debe montarlo en el mismo lugar, pero solo cambié su diseño para que sea un poco más resistente a las vibraciones del eje causadas por sus movimientos.

Además, tenga mucho cuidado (!) Cuando deslice los cojinetes lineales en los rieles por primera vez. Si lo haces mal, perderás las bolitas del rodamiento y esto sería muy molesto.

Paso 7: Cortar y doblar las placas

En mi escuela, tenemos un molinero cnc, así que uno de mis maestros cortó los platos. Supongo que no muchos de ustedes tienen un molinero cnc en casa. ¡Eso no es un problema! Casi todos los proveedores de láminas acrílicas ofrecen cnc cortándolos por un precio barato. Incluí los archivos.dxf de todas las placas que se deben cortar para el cortador de láser en este paso. Los paneles laterales de mi máquina son de 12 mm. Son tan gruesos porque no teníamos sábanas más pequeñas en la escuela y me gustó la combinación del plexi oscuro y el laminado de alta presión. El grosor de los paneles laterales en realidad no importa. En los nombres de los archivos, mencioné el grosor, el material, el color y la cantidad de placas.

La lámina acrílica oscura de 8 mm utilizada para la cubierta también debe cortarse. Dos de estas hojas se deben doblar para que se ajusten al bisel; me puse en contacto con una empresa local para esto. Los archivos con las dimensiones del bisel también se incluyen en este paso. Nuevamente, con esta hoja, usé acrílico de 8 mm porque podía comprarlos a un precio muy razonable. Le recomendaría usar acrílico de 6 o 4 mm para la cubierta porque: 1. Es más barato si necesita comprarlos a precio completo. 2. La cubierta no será tan pesada como lo es ahora. 3. Será más barato y más fácil doblar las placas.

También necesitamos una hoja de MDF de 18 mm como base para el área de trabajo. Las cortadoras de hobby normales usan una mesa de nido de abeja o algo así, pero tal cuadrícula cuesta demasiado para las dimensiones de esta cortadora de latas. Así que decidí usar una hoja de MDF en su lugar. Normalmente no debería dar problemas, pero aún así recomendaría MDF incombustible (sí, existe) para este uso.

Paso 8: Monte (la mayoría de) las placas

Ahora que hemos montado el eje, los motores paso a paso y otras partes (impresas en 3D), es el momento de montar las placas. Monté casi todas las placas, excepto la placa posterior y la placa lateral en el lateral de la electrónica. Todavía hay algunas partes como la electrónica, el láser, el tanque de agua … que deben montarse allí, por lo que esas habitaciones deben dejarse abiertas.

Además, entre los perfiles y cada placa del área de ventilación, pegué una 'tira de aire' (no sé cómo se llama en inglés, pero la llamamos 'tochtstrip'), se puede ver en las imágenes. Esta banda evita que los humos escapen de la sala de ventilación entre los perfiles y las placas. Esto es muy recomendable!

Paso 9: Agregue el láser, el circuito de enfriamiento de agua y los ventiladores

Debido a que se utilizará un láser de CO2 de 40 W, el láser debe ser enfriado. Esto se hará mediante refrigeración por agua. Hice el tanque de agua con un viejo tubo de PVC de 90 mm (800 mm de largo). El agua se bombeará desde el tanque al láser, a las tuberías de cobre para enfriar el agua y luego al tanque.

Para los tubos de cobre, compré tres tubos de 12 mm de cobre de 1 m junto con dos codos hembra a hembra y dos codos macho a hembra y los soldé como se puede ver en la imagen. Los tubos de cobre se instalarán dentro de la sala de ventilación, por lo que los diez ventiladores de computadora montados en una fila en la otra placa harán que el aire sople constantemente en los tubos para que puedan enfriar el agua. De esta manera, los ventiladores no solo extraerán los humos del área de trabajo, sino que también enfriarán el agua de enfriamiento.

Como acabo de mencionar, se instalarán diez ventiladores de computadora en la parte posterior del área de trabajo para extraer los humos. En la mayoría de las imágenes de este instructivo, están montadas en la parte posterior de la placa con un filtro delante de ellas, de modo que los ventiladores están realmente dentro de la sala de ventilación. Tuve que cambiar esto porque el caudal de los ventiladores se redujo mucho. Esto se debió a que no había suficiente espacio detrás de los ventiladores y el filtro, que también resistieron demasiado. Ahora, los ventiladores están montados en la parte frontal de su plato y son mucho más efectivos.

Dibujé un esquema de cómo los tubos para el agua de refrigeración están conectados a los elementos. Puede ver la dirección del flujo de agua en la bomba.

Paso 10: Electrónica

La electrónica puede parecer difícil en las imágenes, pero en realidad es muy simple. Hay dos fuentes de alimentación, una de 12 V para los ventiladores, la bomba y los motores y una fuente de 5 V que alimenta a los microcontroladores. El arduino solo está conectado a los controladores del motor paso a paso y al controlador del láser de CO2. La Raspberry pi está conectada a algunos botones. Un botón para detectar si la cubierta está cerrada y otro es la parada de emergencia. La Raspberry Pi también controla el módulo de relevo. Las otras partes que puede ver son un relé para el circuito de parada de emergencia y un relé de estado sólido para apagar el láser cuando la cubierta está abierta.

Todos los componentes electrónicos que se están utilizando se mencionan en el B.O.M., excepto dos resistencias (825 Ohm) y dos capacitores (1000µF). Monté las fuentes de alimentación, el arduino, los controladores del motor paso a paso y los relés en una placa, esto hace que sea fácil trabajar en él. Puedes ver el diseño de la electrónica en las fotos.

Incluí el diagrama de cableado completo para todos los controladores y microcontroladores, la mejor manera de cablearlos es imprimir el diagrama y simplemente marcar qué cables ya se conectaron, para que sepa lo que ya hizo. Es un trabajo bastante simple en realidad.

Agregué dos resistencias al circuito homing en el arduino. El arduino ya tiene resistencias internas de pull-up, pero son demasiado débiles y no funcionarán como queremos.

Los controladores de los motores paso a paso se configuran en 16 microsteps, lo que significa que cada paso de los motores se divide en 16 pasos separados. De esa manera, nuestros motores paso a paso deberán realizar 3200 pasos por revolución con microsteps en lugar de 200. El controlador para los motores del eje y debe configurarse en 3,3A porque allí se conectan dos motores paso a paso en paralelo. El del eje x se puede configurar en 1,8A. También conecté un capacitor de 25V 1000µF en las líneas de alimentación de los controladores, esto evita interferencias en las líneas de alimentación.

Paso 11: Configura tu Arduino

A lasercutter funciona con Gcodes. Estos son códigos que le dicen a la máquina qué tipo de movimiento necesita hacer y dónde debe ir. Para eso necesitamos un intérprete de Gcode. Este dispositivo lee los códigos de su computadora (o raspberry pi con pantalla táctil) y los convierte en pulsos para los controladores del motor paso a paso y el controlador láser.

Utilicé un arduino corriendo en GRBL como intérprete de gcode. GRBL es un software gratuito y de código abierto.

En primer lugar, debe instalar la última versión del IDE arduino en su computadora si aún no la tiene. Esto hace posible que su computadora reconozca el arduino y compile GRBL.

Puedes descargar la última versión de GRBL aquí.

Antes de que podamos compilar GRBL, necesita editar alguna parte del código para hacer posible el inicio (volver a su posición inicial). Extraiga el archivo.zip, vaya a la carpeta 'grbl' y abra el archivo de configuración con wordpad. Usa crtl-F para encontrar 'homing' y busca hasta que encuentres "#define HOMING_INIT_LOCK". Cámbielo a "// #define HOMING_INIT_LOCK". Esto hace que el inicio sea opcional y no sea necesario antes de ejecutar un trabajo. Otras cuatro cosas que deben ser cambiadas son:

"#define HOMING_CYCLE_0 (1 … Z_AXIS)", Comente esta línea. (Agregue "//" al comienzo de la línea)

"#define HOMING_CYCLE_1 ((1 … X_AXIS) | (1 … Y_AXIS))", Comente esta línea.

"// #define HOMING_CYCLE_0 (1 … X_AXIS)", Descomente esta línea. (retirar "//")

"// #define HOMING_CYCLE_1 (1 … Y_AXIS)", Descomente esta línea.

El "…" necesita ser reemplazado con esas flechas, pero no puedo escribirlas aquí porque probablemente hay un error o algo aquí.

Estos cambios le dicen a GRBL que no usamos un eje Z, esto es necesario porque cuando el cortador láser quiere volver a su posición inicial, primero se ubicaría el eje Z en primer lugar. No te olvides de pulsar guardar al cerrar wordpad.

Ahora que se puede compilar grbl para el arduino, me referiré a la página de compilación GRBL.

Cuando haya terminado, abra el IDE arduino nuevamente y abra el monitor en serie (esquina superior derecha). Primero establezca la velocidad en baudios a 115200 y escriba '$$'. Ahora algunos valores necesitan ser cambiados. Puede ver los valores que deben cambiarse en la imagen que cargué en este paso. Si desea más información sobre cuáles son todos esos números, consulte esta página.

Paso 12: Configura la Raspberry Pi

Por ahora, solo he escrito un simple código para la frambuesa pi con cuatro botones para controlar las luces y otras funciones. También hace algunas comprobaciones de seguridad antes de encender el láser. Como ya dije, el objetivo es construir un cortacésped autónomo, lo que significa que la frambuesa leerá los códigos de una unidad USB y los enviará uno por uno al arduino. No necesitarás una computadora entonces. Lamentablemente, no tengo tiempo en este momento para hacerlo, así que por ahora acabo de escribir un código simple. ¡Definitivamente seguiré trabajando y programando para alcanzar este objetivo!

He cargado un archivo de imagen de mi tarjeta SD, por lo que lo único que debe hacer es descargar el archivo de imagen y usar win32diskimager para escribir el archivo en una tarjeta SD de 4GB.

Para aquellos que desean editar el código o seguir desarrollando el código para darle más funcionalidades, también he subido el código. Está escrito en C # con Visual Studio 2017.

Paso 13: Calibrar los espejos

Ahora que la electrónica y el software están listos, estamos casi listos para usar el cortador láser. Lo único que queda por hacer es calibrar los espejos para guiar el rayo láser a la ubicación correcta. Esto es importante y debe hacerse correctamente porque, como usted sabe, el rayo láser se guía en la dirección correcta con el uso de espejos. Si uno de los espejos se refleja en la dirección incorrecta, el rayo no llegará al lugar correcto o quemará algo que no necesita ser quemado.

Para hacer esto, tome un pedazo de madera o cartón o algo y péguelo con cinta adhesiva de doble cara en el segundo espejo (el que se mueve junto con el eje Y). Deslice el eje Y hasta el punto más cercano al primer espejo (el que está al lado del láser). Presione rápidamente el botón de prueba en el controlador láser. Ahora el láser ha marcado el trozo de madera con un punto. Ahora, deslice el eje Y hasta el punto más alejado del eje y presione el botón de prueba nuevamente. El láser habrá marcado otro punto en la pieza de madera. El objetivo es que los dos puntos estén perfectamente en el mismo lugar. Así que tendrás que repetir esto varias veces con una nueva pieza de madera. Entre cada sesión debe ajustar el primer espejo girando esos tornillos. Intente tener ese lugar en el centro de los espejos, ajuste su ubicación antes de alinearlos.

Cuando se calibra el primer espejo, puede hacer exactamente lo mismo para el segundo espejo.

Para el último espejo, el que lleva el rayo hacia abajo dentro de la lente, simplemente ajusté el espejo hasta que el rayo estaba perfectamente vertical.

Ya lo verás, esto es muy fácil y solo toma 15 minutos de tu tiempo. Después de varias horas de trabajo de su cortador láser, tendrá que rehacer este paso.

Paso 14: Montar las últimas placas

Cuando el láser está calibrado correctamente y todo está probado, las últimas placas se pueden montar en la construcción. Ahora el tubo de escape, los ventiladores de refrigeración para la electrónica y el enchufe de alimentación también se pueden montar en la placa posterior.

Paso 15: ¿Cómo usar tu Lasercutter?

Para utilizar este cortador láser, los códigos G deben generarse y enviarse al arduino.

Hay dos formas de usar un cortador láser, el modo vectorial y el modo ráster. En el modo vectorial, el contorno de un objeto se cortará o grabará. En el modo ráster, el objeto en sí será grabado y no solo el contorno.

Para diseñar los objetos que se deben cortar, uso inkscape V0.91. Con dos extensiones para generar los códigos G. Uno para el modo vectorial. Y otro para modo raster. También puede importar archivos como.svg,.dxf,.jpg …

Para enviar los códigos G al arduino, se está utilizando LaserGRBL.

Esos son todos los archivos y programas que necesita para permitir que el cortador láser haga su trabajo. Recuerde que el láser solo funcionará cuando se active la bomba y se cierre la tapa.

Paso 16: ¡Crea!

Ahora tienes tu propio impresionante cortador de CO2. Una vez que tienes una máquina como esta, ¡el cielo es el límite! Realmente puedes hacer lo que quieras! ¡Ya he hecho toneladas de llaveros, imágenes en escala de grises, cajas, tarjetas de cumpleaños e incluso un simple pato!

Este fue un proyecto realmente divertido, trabajé día y noche en el diseño, la construcción, la programación y las pruebas de este cortador láser, ¡y realmente me encantó cada segundo! ¡Hacer máquinas como esta se ha convertido en una pasión en los últimos años y me encantaría seguir haciendo cosas como esta en mi vida!

Realmente espero que te guste este proyecto tanto como a mi! Si le gustó mi instructivo, por favor vote por mí, realmente lo agradecería. Me encantaría comparar las prestaciones de esta cortadora láser con una profesional.

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