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自作レーザーカッターにエアーアシスト装置を取り付ける

自作レーザーカッターですが、カット時周りに焦げ目のような物が付いてきたなくなります、パワーや速度などいろいろ変えてやっても余り改善されません、とくにMDFなどは最悪です。

焦げ目はエアーアシスト装置を付けると改善されるとのことです、最近のレーザーモジュールはエアーノズルを取り付けられるものやセットになっている物が多くなってきました。

しかし、私が使用しているレーザーモジュールLT-40W-A-GOLDはエアーノズルのオプションがありませんし、汎用のエアーノズルも取り付けられる物が見つかりません。

そこで、簡素なエアーノズルを作成して効果を確かめてみようと思います。

 

 

必要な物

 

ポンプ(コンプレッサー)

中華の水槽用ポンプを購入しました、これでダメならガレージにあるコンプレッサーを使用するつもりです。

レーザーカッター用空気補助ポンプ 最大30㍑/分で100V仕様、音は静かで振動も伝わりません。

エアーノズル

3Dプリンターで作成した合いそうなエアーノズルが1つだけありましたリンクを張っておきます、しかし印刷の設定が悪かったのかポンプのパワーが弱いのか、残念ながら効果がありませんでした。

www.thingiverse.com


仕方ないので簡単で効果が出そうなエアーノズルを作成します。


エアーノズルのパーツ

 

異形ホース継手

ポンプにセットされているチューブとノズルに付けるチューブを繋ぐため、3Dプリントでも可。

ポンプ側は内径6mm位とノズル側内径3mmを繋ぐために使う。
 

エアーノズルをレーザーモジュールに取り付けるパーツを作成プリントする。

レーザーモジュール下面の四隅にある穴に3mmのタップを切り真鍮パイプのフォルダーを取り付けます。

 

あると便利な工具

パイプベンダー、アルミパイプを曲げるために購入してあった物、綺麗に曲げることが出来ます。


パイプカッター、鉄鋸で切断するより簡単で綺麗に切断できます。

 

取 付

レーザーモジュールの焦点距離が 35mm なのでノズル先端がその位置になるようパイプベンダーで曲げます。

ノズルフォルダーに曲げた真鍮パイプを差し込みレーザーモジュールに取付ます。

 

位置の調整

エアーアシストをセットしたモジュールをレーザーカッターに取り付けレーザー照射位置とノズル位置を調整します。


 

エアーポンプとノズルの配管

エアーポンプとノズルをシリコンチューブで配管します、シリコンチューブはドラックチェーン内を通しました。


 

効果の検証


エアーアシスト有り無しで効果に違いがあるか検証してみました、3mmしなベニアを使用しています。

左側がエアーアシストなし、右側がエアーアシスト有りです、ポンプのパワーは最大 30㍑/分の動作です。

F値:480mm/分 S値:100% パス:3回 でカットしてみました

あまり違いが無いように見えますが、やはりエアーアシスト有りの方が綺麗に仕上がっています。


 

F値:120mm/分 S値:100% パス:1回 でのカットです。

違いがはっきり分かりますね、F値が遅いほどエアーアシストの効果がはっきり出ます。


 

切り出した星形を並べてみました

エアーアシストが取り付けてないレーザーカッターでは、F値を上げてPassを増やせば焦げ目は少なく仕上がりそうです。
短時間で仕上げたい方はエアーアシストは必需品になりますね。

非力なポンプでも効果が出たのは驚きでした、活用できそうです。


針が宙に浮いているように見える時計を作成してみました

時計の針が宙に浮いているように見える時計が目に止まりました、作成してみます。
 
時計の動画


www.youtube.com


 

 

NodeMCUを使用する


AruduinoNANOを使用するタイプ上の動画のようなものと、NodeMCUを使用するタイプがありますが、時計の狂いが少ないNodeMCUを使用した下の動画のようなものを作成します。


www.youtube.com


3Dプリントパーツの準備


中空時計の本家にSTLデーターへのリンクがありますのでダウンロードし印刷します。

また、ArduinoNANOの回路図も掲載されています。

www.instructables.com


プログラムの準備


Github よりプログラムデーターをダウンロードします、必要なライブラリーも入っています。

github.com


回路図


プログラム内では int port[4] = {12,13,4, 5}; (GPIO)となっていますのでそこに配線します。

Fritzing にX8266のパーツがありませんでしたので WemosD1 mini での回路図を載せておきます。


組立


Hollow Clock 4 のページに順を追って作成方法が書かれています。

組立前にプリントパーツのバリなどを取り除きスムーズに動くのを確認して組み立てます。

X8266モジュールは元のケースに入らないので、別にケースを作成しています。





プログラムの書き込み・時間の設定

 

プログラムの修正書き込み

プログラム(ESP8266_clock_code_UI_NTP_v1.2.ino)を日本時間に設定します、NTPも日本の ”ntp.nict.jp” に設定しました。

・ 日本はGMT+9なので秒に変換すると 9×3600=32400 に変更


 
・ 日本のNTPに変更

 

初期設定

まず、長針・短針 を12時に合わせて土台にセットします、電源を入れドライバーモジュールのLEDが点滅するのを待ちます。

LEDが点滅したら、WiFiに接続されたPCから http://wifi-clock.local/ にアクセスします。

画像のような画面が表示されますので SET TIME ボタンを押して現在時刻を設定します。

また、1分プラス・1分マイナス ボタンもありますので適宜使用します。

Androidスマフォの場合URLではアクセスできませんでした、ローカルIPアドレスでアクセスします。

IPアドレスを見つける方法

WiFiに接続したAndroidスマフォの場合 Fing アプリをインストールしてディバイスを検索すると wifi-clock が見つかりますのでそのIPアドレスを指定してアクセスします。



 

動作確認


ギアの擦り合わせが悪かったのかチョットガタつきますが、最初の時刻設定以降は1分間に1回の動作なので気になりません。

ドットマトリックス時計より多少早く分針が動きますがアナログ時計はアバウトなので問題ないですね。

動画

 

www.youtube.com


自作レーザーカッター「彫刻機」と WiFi で接続してみる

作成したレーザー彫刻機はノートPCとUSBケーブルで接続していますがケーブルが邪魔になります。

Laser GRBL のサイトにESP01を使用したWiFi接続方法が記載されていますので試してみます。
 

 

モジュールの作成

 

書き込み用アダプターの準備

手持ちのモジュールアダプターは、書き込み用のスイッチが付いていませんのでスイッチを取り付けました。
 

 

Github からコードをダウンロードし書き込む

テルネットだとエラーが出たのでウエブソケットで行いました。
 
github.com

 

ユニバーサル基板に組み込む

回路図(Githubからの引用)
 


ESP01用のピンヘッダーメスと抵抗2本を取り付けたユニバーサル基板
 

 

レーザーカッターのCNCシールドに配線取付

CNCシールドのピンヘッダーの、TX・RX・3.3V・GND に配線します。

WiFi接続にするとUSBケーブルからの電力供給がなくなるので、12VからArduinoのDCジャックに供給しました。
 


 

Laser GRBL の設定

 

Laser GRBL の設定画面

 
Laser GRBL の設定を開き、UsbSerial⇒LaserWebESP8266 に変更します。
 

 
次にWiFi Discoveryでスキャンし利用可能なIPアドレスを設定するとWiFiで接続できます。

 

Lightburnでは接続出来なかった

 
Lightburnでは接続できませんでした、テルネットでないとダメなのかも。

参考動画です
 

www.youtube.com


レーザーカッター彫刻機を作成してみました

以前ペンプロッターに500mwのレーザーモジュールを取付た記事をアップしました。

blogdaichan.hatenablog.com


この程度のパワーではMDFボードなどに画像を焼き付けるのにも時間が掛かり、ましてや切断などは出来た物ではありません。

そこでパワーがある程度あるモジュールを使い専用のレーザーカッターを作成してみます。


 

主な使用材料

 

レーザーモジュール

ブラックフライデーセールでアリエクスプレスから購入しておいた物、割安でした。

LT-40W-A-GOLD
 
 

その他

ドラッグチェーン、配線ケーブル ネジ類、パーツリストは下の動画のリンクから入手できます。


フレームの作成


YouTubeにレーザーカッターの作成についてアップされた方の動画です、STLファイルへのリンクもありますのでフレームの部分を使わせて頂きました。


www.youtube.com


大きさは縦400mm×横550mm 、Core XY 駆動で laser GRBL を使用します。

ほとんどの3Dプリントパーツは動画のリンクより入手できますが、ドラッグチェーン取付とレーザーモジュールマウントの3Dプリントパーツは作成しました。

  

使わせていただいた3Dプリントパーツ

 

  

作成した3Dプリントパーツ

レーザーモジュールマウント、ドラッグチェーンマウント、電源ジャックボックス、緊急電源切断スイッチマウント、Arduino マウント、ドライバーアダプタマウントなどを作成しました。


   

フレームの組立、パーツの取付配線


フレームの組立は動画で詳しく説明されていますので参考になりました。

 

CoreXYのタイミングベルト設置

CoreXYのタイミングベルト設置画像、マーク・リホルストの技術トピックから引用

αモーターはX軸ドライバーへ、βモーターはY軸ドライバーに接続しました。

 

パーツ類の取付

緊急電源切断スイッチは使わなくて埃をかぶっていた物を使用してみました、緊急時12V電源を押しボタンで遮断します。
左側は12V電源用のジャックです。


Arduino UNO ・CNC shield はケースには入れずリニアレールにマウントしました。
ドライバーアダプターは必要ありませんがレーザーモジュールと一緒に購入したので取付ました、使い勝手はよいです。

PWM信号はCNCシールドのZ+ と GND からドライバーアダプターの2P PWM入力端子に接続。

※GRBL Ver1.1 使用でCNCシールドがVer3.0 の場合PWM出力端子とZ軸リミット端子が入れ替わります、従ってPWM出力はZ軸リミット端子から取ります。



レーザーモジュールを取り付けた状態

 
 

完成したレーザーカッターの外観

 

設 定

 

Arduino UNO に最新のGRBL Ver1.1 を書き込み。

 
下のリンクからダウンロードし、Arduino library フォルダー内の grbl フォルダーにある config,h を開き COREXY を有効にし書き込みます。
#define COREXY // Default disabled. Uncomment to enable.


github.com


 

Laser GRBL のインストール

ここからダウンロード出来ます、日本語にはまだ対応しておりません。

lasergrbl.com

 

カスタムボタンのインストール

ここからカスタムボタンをダウンロードしてインストールします。

lasergrbl.com



Laser GRBL をインストールしたPCとレーザーカッターのArduinoUNO とUSBケーブルで繋ぎ、ポート番号を指定して接続します。

Grbl ⇒ Grbl configration を開き以下のように設定しました。
 


 

動作試験

 
試用版の Lightburn で作成したGコード で動作させました、Laser GRBL はレイヤー機能が無いので使いにくいですね Lightburn 購入しようかな 。

猫の画像です、塗りつぶしだと時間が掛かるのでラインでの彫刻です、外側の円は切断に設定しています。
 
設定値(3mmの しなベニア)

猫の部分 F値:1200 mm/分 S値:40% 1Pass
円の部分 F値:480 mm/分  S値:100% 3Pass

円の部分は 1Pass でもカットできますが焦げ目が多くなり綺麗に仕上がりません。

 
煙がすごいのでガレージに置いて動作させました、450×600mmの鉄板に載せるとピッタリ合います。

また、レーザーカッターの足に磁石を取り付け鉄板に張り付くようにしています。
 

 

Ender5Plus のサイレントマザーボードが壊れた

結論から言うと、Ender5Plus のサイレントマザーボードが壊れました。 😂


故障状況


印刷中に突然ヒートベッドの温度が下がりエラー表示されました。

・ 下がっていく温度は表示されていましたので温度測定は出来ています。

・ ヒートベッドも導通はありますので問題なさそうです。

となると、電源かMOSFET最悪はマザーボード側の問題が考えられます。


不具合箇所を特定する


・ スイッチング電源のヒートベッド用24Vは出力されていますので電源は問題なし。

・電源からMOSFETまでは24Vが来ています、しかしヒートベッドの温度を設定してもMOSFETからヒートベッドへ24Vがかかりません。

ということは、MOSFET が壊れたか マザーボードからのトリガー信号が来ていないかのどちらかになります。


 
マザーボードからMOSFETへのトリガー出力端子でトリガーされているか測定したところ、ヒートベッドの温度設定しても何も変化がありません、最悪の結果になったかも。

・ 取り外した古いマザーボードに取り換えて結果を見たところ、問題なくヒートベッドが過熱されましたMOSFETも壊れてなくヒートベッドも問題ありません、購入して1年に満たないのに静音マザーボードがダメになりました。(T-T)

古いマザーボードでも印刷は出来ますが、静音マザーボードになれてしまうと後戻り出来ません、再度購入手続きをしました。


冬の散歩用に犬の防寒着、ヘッドランプは必需品

朝晩の犬の散歩は欠かせませんが寒い冬の散歩はキツいですね、今年10歳を迎える愛犬ダイスケも私同様寒さに堪えているのではないかと思います。

私は電熱ベストに防寒服を着て完全防備ですが、老犬のダイスケも防寒着を着せてあげたいと思い探してみました。


犬の防寒着


アマゾンで、評判が良さそうな物を探してこれに決めました。


ラブラドールレトリーバーのダイスケは「5XL」くらいで丁度良いサイズなので購入しました色はとダイスケと同じ黒です。

年末の31日に届きました注文から丁度2週間でした、大きさは最大の5XLでダイスケの着丈を測って多少余裕があるサイズでしたが実際に着せてみるとキツキツな感じでした、犬の着丈を測定し余裕を持ったサイズがお勧めです。


寒さもこれからが本番,、防寒着が活躍しそうです。


ヘッドランプ


散歩する朝晩は暗いのでヘッドランプは必須です、軽くて広範囲を照らす良い物はないか探してこれを選択しました。


正面の帯状LEDが広範囲を照らします、右サイドにサーチライトが付いていて押しボタンスイッチで切り替えられます。

照度は2段階で弱側でも十分明るく,広範囲を照らしますので犬の散歩には最適です、充電式で連続使用時間も犬の散歩には充分です。

クリック現象が頻繁に起きるので エクストルーダーモーターを取替えることに

Ender5Plusを購入後すぐにMicroSwiss製のダイレクトエクストルーダーに取り換えました、その時重量軽減のためステッピングモーターを下記の様な小型の物に取り換えました。


当初からクリック現象は起きていましたが1年近く経って頻繁に起きるようになりました、ドライバーの電流調整や印刷設定などいろいろやってみましたが解消されません。

製品に付いていたボーデン型のステッピングモーターは 42×42×40mm で厚さが倍近くあります、たぶんトルク不足が原因でクリック現象が起きているのでしょう、ステッピングモーターを取り換えて様子を見ます。

しかし、モーター周りに付いている端子ボックスなどが23mm厚のモーター用に設定されているので作り直さないと取り付けられません、仕方なく設計し直しました。

以前作成した記事はこちら

blogdaichan.hatenablog.com


フレームに20×20×3mmのアルミアングルを使用します


前の物は15×3mmのアルミ平板を使用していましたがスペースを得るため20mmを使用します,穴開けは以下の寸法で2.5Φの穴は3mmのタップを切ります


端子ボックス・ドラッグチェーン取付パーツ作成


アルミアングル20mm用に変更して作成


取り付けた状態と動作結果


ステッピングモーターは中古の沖電気製42×42×40mmを取り付けました。

以前の物との対比。


クリック現象の原因はやはりステッピングモーターのトルク不足だったようで、取り換えた後はクリック現象はまったく起きません、印刷した物もスカスカ感もなくなりしっかりと出来上がりました。