Před nějakou dobou se mi naskytla možnost získat „odpadní“ hliníkové profily 30*30 mm. Když jsem přemýšlel, co by se z nich dalo sestrojit, docela rychle mě napadlo vyrobit samostatný CNC laser, který by nahradil můj původní, který byl součástí upgrade mé první 3D tiskárny. Původní CNC laser byl založen na principu výměny tiskové hlavy 3D tiskárny za laser. To přináší ovšem několik úskalí. V prvé řadě je to nutnost mechanické výměny součásti tiskárny a následné kalibrace při vrácení tiskové hlavy. Druhé bylo potom omezení pracovní plochy stroje.
Každý nový projekt začíná nápadem, který se dál rozvíjí.
Zevrubný návrh CNC laseru
Přibližný rozměr celého stroje byl dán profily, které jsem měl k dispozici. První částí byl rám o rozměrech 480*800 mm. Z toho bylo nutné vycházet. Než jsem ale přistoupil k designu konstrukce, snažil jsem se zjistit, zda bude tento rozměr vyhovující nebo bude potřeba profily zmenšit. To se dalo zjistit jediným způsobem a to návštěvou stavebnin, protože stejně jako u předchozího CNC laseru jsem jako podložku pod opracovávaný materiál zvolil klasické obkládací dlaždice. Nakonec se mi podařilo sehnat 3 ks dlaždic o rozměru 400*250 mm, celkovou plochu podložky jsem tedy naplánoval na 400*750 mm. Aby dlaždice zapadly do drážek profilů, bylo nutné zmenšit kratší stranu o 30 mm, výsledný rám má tedy rozměr 450*800 mm (uvnitř rámu volný prostor 390*740 mm). Dále jsem měl k dispozici lineární ložiska MGH12 o délce 400 mm, což bylo ideální pro posun v ose Y.
Před realizací nápadu je nezbytný design výsledného produktu.
Detailní návrh jednotlivých částí
Před samotnou výrobou CNC laseru bylo nutné podrobně naplánovat mechanické uspořádání. To s skládá ze dvou částí:
- Mechanické uspořádání zakrytování stroje a víka.
- Mechanické uspořádání mechanismu posuvů v osách X, Y a Z (bude vysvětleno později).
Rozhodl jsem se pro zakrytování pomocí masivního dřeva, přesněji smrkové spárovky o tloušťce 18 mm a víka z červeného plexiskla volně připevněného (bez rámu) na čtyřech pantech. Díky tomuto bylo jasné, že veškerý mechanismus všech posuvů musí být uvnitř tohoto boxu. Výšku jsem určil vzhledem k použitím profilům na 250 mm.
Vrátím se nyní k mechanice posuvu osy Z. Tu jsem zvolil elektronickou z důvodu většího komfortu při nastavování správného fokusu laseru na opracovávaném materiálu.
Vzhledem k velkým rozměrům stroje jsem nedělal kompletní 3D model designu, ale pouze na menší ploše „načrtl“ mechanické uspořádání, abych se ujistil, že do sebe vše zapadne. Poté jsem již jednotlivé díly modeloval samostatně. Po složení základní konstrukce jsem ještě některé díly mírně upravil a navrhl další komponenty, jako třeba držáky kabelů a elektroniky a rohy pro připevnění dřevěného rámu na hliníkovou konstrukci.
Pro pohyb v ose X jsem využil hliníkový profil 20*20 mm o délce 750 mm a „V-slot ložisko“ (bohužel neznám český název) a řemen GT2, v ose Y jsem použil lineární ložiska MGH12 a řemen GT2, pro osu Z ocelovou tyč o průměru 4 mm s lineárními ložisky a závitovou tyč T5 se stoupáním 1 mm.
Pro realizaci projektu je třeba naplánovat technologie výroby nového produktu.
Technologie výroby
Mechanické díly
Všechny základní konstrukční prvky jako hliníkové profily, ložiska a spojovací materiál byly zakoupeny od různých dodavatelů z ČR a Číny. Další mechanické prvky byly realizovány pomocí 3D tisku na mé tiskárně LUFREE 3D printer.
Elektronika
Pro řídicí elektroniku jsem zvolil čínského výrobce Makerbase.
- Základní deska je MKS DLC GRBL.
- Pro ovládání jsem použil dotykový panel MKS TFT24 s Wi-Fi modulem MKS TFT-WIFI V1.0.
Drivery motorů jsem ponechal A4988. Motory jsou použity standardní Nema42 (17HS4401). Pro osu Z nižší verzi krokového motoru (17HS2408).
Pro napájení elektroniky jsem zvolil 12V/5A adaptér. Na CNC laseru se nachází také hlavní vypínač s indikací zapnutí.
Propojení pohyblivých částí je realizováno pomocí pružných plochých kabelů, které jsem propojil s elektronikou kabely přes univerzální DPS s konektory.
Finální fází projektu je jeho fyzická realizace.
Konstrukce CNC laseru
Mechanické díly
Mechanické díly byly zakoupeny již v požadovaných rozměrech, případně nařezány na potřebný rozměr, a poté je již bylo možné přímo složit.
Pro tisknuté díly bylo použito čiré PET-G, výška vrstvy tisku nastavena na 0,3 mm při průměru trysky 0,4 mm.
Mechanická konstrukce
Do dřevěných desek jsem vyfrézoval otvory pro zakrytí šroubů spojujících základní rám a otvor pro dotykový panel. Mezi jednotlivé desky jsem také vložil hliníkové U a L profily pro zakrytí řezů desek.
Panty víka z plexiskla jsou zapuštěny do zadní desky rámu a celý rám je oblepen izolační pěnou pro měkčí dosednutí při zavření víka.
