¡Haga su propio cortador láser de CO2 de alta calidad! Con control táctil!

Hola todos

Hace aproximadamente un año, quería comprar una cortadora láser de CO2 para completar mi espacio de trabajo. Un problema fue que los cortadores láser no son baratos, especialmente para los aficionados que desean un área de corte grande. Por supuesto, por ese precio también obtienes un excelente software y atención al cliente cuando compras una cortadora láser, pero solo cumplí 17 años cuando comencé este proyecto y simplemente no tenía ese dinero. Por eso construí mi propia máquina. Ya había hecho una máquina como esta, así que pensé: "¿Por qué no volver a hacerlo?". 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 simplemente usando la luz. Me centré en construir esta máquina. En esta instrucción, solo se hablará sobre el cortador láser en sí. ¡Estas son instrucciones completas paso a paso sobre cómo construir su propio cortador láser! He incluido todos los archivos que necesita para construirlo en este instructable.

¡Esta cortadora 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 controlarla! Todo el proyecto me costó alrededor de € 1900, esto sigue siendo mucho dinero, pero no quería hacerlo con chatarra. Debía construirse con materiales de alta calidad para que no se derrumbara en dos años. Y sigue siendo muy barato para una cortadora láser con un área de corte tan grande. Además, por este precio, obtienes una experiencia increíble de construir tu propia cortadora láser y un conocimiento invaluable.

Se ejecuta en dos microcontroladores, un arduino con GRBL y un raspberry 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 usa un láser de 40W! Tomé buenas precauciones al diseñar la carcasa 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 les guste mi instructable y les ayudará a algunos de ustedes a construir su propia máquina!

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

Subí un video de este lasercutter en youtube, puedes encontrarlo aquí:

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 donde hablo sobre la construcción o el ensamblaje de las partes separadas de la cortadora láser. En cuanto a este paso, explicaré cómo y por qué llegué a este diseño. Me inspiró la cortadora láser de la serie hobby de Full Spectrum Laser para el diseño exterior de la cortadora láser.

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

El primero en la línea: ¡seguridad! Al construir una máquina como esta, la seguridad es una prioridad. Como esta cortadora láser utiliza un láser de CO2 de 40 W, es obvio que el rayo láser e incluso sus reflejos (!) Deben mantenerse dentro de la máquina. Por lo tanto, uso una placa acrílica oscura para la cubierta. La placa es lo suficientemente transparente como para que veas lo que sucede 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 cuán grande sería el área de trabajo y el propio cortador. Quería que tuviera un área de corte grande de 600 por 1000 milímetros. ¿Por qué construir una máquina pequeña cuando puedes construir una grande?
Como todavía es una máquina de bricolaje, quería que fuera fácil cambiar o agregar piezas cuando fuera necesario. Por lo tanto, los márgenes de todas las 'habitaciones' separadas en la máquina se seleccionan un poco espaciosas.

Teniendo en cuenta la facilidad de construcción y la posible modificación de este cortador láser, 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 lugares separados. El espacio más grande de todos es el área de trabajo de la cortadora láser. El espacio justo detrás del área de trabajo es la sala de ventilación, todos los humos serán succionados desde el área de trabajo a este lugar y serán exportados afuera 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 que el láser estuviera 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 estarán todos los componentes electrónicos, controladores, suministros y pantalla táctil. Los espacios separados serán separados por acrílico de 3 mm.

Paso 2: lista de materiales

Como de costumbre, hice una lista completa de materiales con todo lo que necesita para construir su propia cortadora láser. La mayoría de las piezas se solicitan en aliexpress, algunas de ellas en eBay y el resto se puede encontrar en su empresa local de bricolaje. El precio total de estas piezas es de aproximadamente 1800 €. Lo único que no se incluye en este precio son los costos de envío (un total de aproximadamente € 50) y el filamento de la impresora 3D. Utilicé un poco menos de dos rollos de filamento PLA (€ 40) para imprimir todas las piezas. El costo total de esta asombrosa cortadora láser es de aproximadamente € 1900.

En la lista de materiales, no se mencionan las placas individuales 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 miras la imagen que cargué en este paso, verás exactamente qué tuercas y tornillos (con número DIN) y cuántos de ellos compré. Realmente no sé cuántos de ellos usé, pero la cantidad que mencioné ciertamente lo hará.

Elegí 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.

Archivos adjuntos

  • BOM.xlsx Descargar

Paso 3: Imprime en 3D algunas cosas

Muchas de las partes de esta cortadora láser están hechas con la ayuda de mi impresora 3D. He subido todos los archivos que necesitan ser impresos en 3D antes de que pueda comenzar a construir su propia máquina. En los nombres de estos archivos STL, mencioné cuántas veces debe imprimirse 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 externas en negro (y algunas partes internas, solo porque se me acabó el filamento rojo;)) .

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

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

Archivos adjuntos

  • 3D prints.rar Descargar

Paso 4: cortar los perfiles

Como ya mencioné en la lista de materiales, pedí 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 de la cortadora láser, otros perfiles deben tener un agujero perforado o roscado. Ese último es para mayor solidez 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 así tomó un día de trabajo para dos personas. Solo necesita cortar los perfiles como los dibujé para usted en el archivo adjunto y todo estará bien.

Archivos adjuntos

  • Profiles.rar Descargar

Paso 5: ensamble el marco

El marco se ensambló con piezas impresas en 3D. Esas piezas se pueden descargar en el paso 3. Puede usarlas o comprar piezas de hierro para mayor solidez. También necesita imprimir las bisagras y 'voet deksel' para ensamblar la cubierta.

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

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  • Vista posterior de la asamblea.pdf Descargar
  • Assembly Right view.pdf Descargar
  • Montaje Vista superior.pdf Descargar
  • Assembly.pdf Descargar

Paso 6: monte los rieles y los motores

Ahora que tenemos el marco completo de nuestra cortadora 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 mira las imágenes 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 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 de inicio.

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

Además, tenga mucho (!) Cuidado al deslizar los rodamientos lineales en los rieles por primera vez. Si lo haces mal, perderás las bolitas del rodamiento y esto sería muy molesto.

Paso 7: corte y doble las placas

En mi escuela, tenemos un molinero cnc, por lo 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 corte cnc por un precio económico. Incluí los archivos .dxf de todas las placas que se deben cortar para el cortador 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 plexo 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 las placas.

La lámina acrílica oscura de 8 mm utilizada para la cubierta también debe cortarse. Dos de estas hojas deben doblarse para ajustarse al bisel, contacté a una compañía local para esto. Los archivos con las dimensiones del bisel también se incluyen en este paso. Una vez más, con esta hoja, utilicé 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. Los cortadores láser de hobby normales usan una mesa de nido de abeja o algo así, pero esa rejilla cuesta demasiado para las dimensiones de este cortador láser. Así que decidí usar una hoja de MDF en su lugar. Normalmente no debería dar problemas, pero aún así recomendaría MDF ignífugo (sí, existe) para este uso.

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  • Plates.rar Descargar

Paso 8: monte (la mayoría de) las placas

Ahora que hemos montado el eje, los motores paso a paso y otras piezas (impresas en 3D), es hora de montar las placas. Monté casi todas las placas, excepto la placa posterior y la placa lateral en el lado 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 lo llamas en inglés, pero lo llamamos 'tochtstrip'), puedes verlo en las imágenes. Esta tira 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 refrigeración por agua y los ventiladores

Debido a que se usará un láser de CO2 de 40 W, el láser en sí mismo debe enfriarse. Esto se realizará mediante enfriamiento por agua. Hice el tanque de agua con una vieja tubería 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 nuevamente al tanque.

Para los tubos de cobre, compré tres tubos de cobre de 12 mm de 1 m junto con dos codos hembra a hembra y dos codos macho a hembra y simplemente los solde como se puede ver en la imagen. Las tuberías de cobre se montarán dentro de la sala de ventilación, por lo que los diez fanáticos de la computadora montados en una fila en la otra placa soplarán constantemente aire en las tuberías para que puedan enfriar el agua. De esta forma, 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 instructable, están montados en la parte posterior de la placa con un filtro delante de ellos, por lo que los ventiladores están realmente dentro de la sala de ventilación. Tuve que cambiar esto porque la velocidad de flujo de los ventiladores se redujo mucho. Esto se debió a que no había suficiente espacio detrás de los ventiladores y el filtro, que también resistió demasiado. Ahora, los ventiladores están montados en la parte delantera de su plato y son mucho más efectivos.

Dibujé un boceto de cómo los tubos para el agua de enfriamiento 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 los microcontroladores. El arduino solo está conectado a los controladores del motor paso a paso y al controlador del láser de CO2. El Raspberry pi solo está conectado 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 relé. 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 tapa está abierta.

Todos los componentes electrónicos que se utilizan se mencionan en la lista de materiales, excepto dos resistencias (825 Ohm) y dos condensadores (1000 µF). Monté las fuentes de alimentación, arduino, controladores de motor paso a paso y relés en una placa, esto hace que sea fácil trabajar en él. Puede ver el diseño de la electrónica en las imágenes.

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

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

Los controladores del motor paso a paso están configurados en 16 microsteps, esto significa que cada paso de los motores se divide en 16 pasos separados. De esa forma, 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 establecerse en 3, 3A porque dos motores paso a paso están conectados en paralelo allí. El del eje x se puede establecer en 1, 8A. También conecté un condensador de 25V 1000µF en las líneas de alimentación de los controladores, esto evita interferencias en las líneas de alimentación.

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  • Wiring diagram.pdf Descargar

Paso 11: Configura tu Arduino

Un cortador láser funciona con Gcodes. Estos son códigos que le dicen a la máquina qué tipo de movimiento necesita hacer y hacia 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 de motor paso a paso y el controlador láser.

Usé 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 de Arduino en su computadora si aún no la tiene. Esto hace posible que su computadora reconozca el arduino y compile GRBL.

Puede descargar la última versión de GRBL aquí.

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

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

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

"// #define HOMING_CYCLE_0 (1 ... X_AXIS)", descomenta esta línea. (eliminar "//")

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

El "..." debe reemplazarse con esas flechas, pero no puedo escribirlas aquí porque probablemente haya un error o algo así.

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 en el eje Z. No olvides presionar guardar al cerrar wordpad.

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

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

Paso 12: Configura la Raspberry Pi

Por ahora, solo he escrito un código simple para el raspberry pi con cuatro botones para controlar las luces y otras funciones. También realiza algunas comprobaciones de seguridad antes de encender el láser. Como ya dije, el objetivo es construir un cortador láser independiente, 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. Desafortunadamente 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 subido 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 quieran editar el código o quieran seguir desarrollando el código para darle más funcionalidades, también he subido el código. Está escrito en C # con Visual Studio 2017.

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Paso 13: calibra 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 saben, el rayo láser se guía en la dirección correcta con el uso de espejos. Si uno de los espejos refleja en la dirección incorrecta, el rayo no llegará al lugar correcto o quemará algo que no necesita quemarse.

Para hacer esto, toma un pedazo de madera o cartón o algo y pégalo 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 del primer espejo (el que está al lado del láser). Presione rápidamente el botón de prueba en el controlador del láser. Ahora el láser ha marcado la pieza 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. Por lo tanto, deberá repetir esto varias veces con una nueva pieza de madera. Entre cada sesión, debes 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 conduce el rayo hacia abajo en la lente, simplemente ajusté el espejo hasta que el rayo estaba perfectamente vertical.

Verá, esto es muy fácil y solo le toma 15 minutos de su tiempo. Después de varias horas de trabajo de su cortadora láser, tendrá que rehacer este paso.

Paso 14: monte las últimas placas

Cuando el láser se calibra correctamente y todo se prueba, 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 su Lasercutter?

Para usar este lasercutter, se deben generar códigos G y enviarlos al arduino.

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

Para diseñar los objetos que necesitan ser cortados, uso inkscape V0.91. Con dos extensiones para generar los códigos G. Uno para el modo vectorial. Y otro para el modo ráster. También puede importar archivos como .svg, .dxf, .jpeg ...

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

Esos son todos los archivos y programas que necesita para permitir que el lasercutter haga su trabajo. Recuerde que el láser solo funcionará cuando la bomba esté activada y la cubierta esté cerrada.

Paso 16: ¡Crea!

Ahora tienes tu propia cortadora láser 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, fotos en escala de grises, cajas, tarjetas de cumpleaños e incluso un simple pato!

Este fue un proyecto muy divertido, trabajé día y noche en el diseño, construcción, programación y prueba de esta cortadora 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 les guste este proyecto tanto como a mí! Si le gustó mi instructable, vote por mí, realmente lo agradecería. Me encantaría comparar las prestaciones de esta cortadora láser con una profesional.

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