Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Іноді буває потрібно красиво підписати подарунок, але чим це зробити - незрозуміло. Фарба розпливається і швидко стирається, маркер - не варіант. Найкраще для цього підходить гравірування. Навіть не доведеться витрачати на неї гроші, так як зробити лазерний гравер своїми руками з принтера зможе будь-який вміє паяти людина.
Пристрій і принцип роботи
Головним елементом гравера є напівпровідниковий лазер. Він випускає сфокусований і дуже яскравий промінь світла, який пропалює опрацьований матеріал. Регулюючи потужність випромінювання, можна змінювати глибину і швидкість запису.
В основі лазерного діода лежить напівпровідниковий кристал, зверху і знизу якого знаходяться P і N області. До них приєднані електроди, по яких підводиться струм. Між цими областями розташований P - N перехід.
У порівнянні зі звичайним лазерний діод виглядає велетнем: його кристал можна детально розглянути неозброєним поглядом.
Розшифрувати значення можна наступним чином:
- P (positive) область.
- P - N перехід.
- N (negative) область.
Торці кристала відполіровані до ідеального стану, тому він працює як оптичний резонатор. Електрони, стікаючи з позитивно зарядженої області в негативну, збуджують в P - N переході фотони. Відбиваючись від стінок кристала, кожен фотон породжує два собі подібних, ті, в свою чергу, теж діляться, і так до нескінченності. Ланцюгова реакція, що протікає в кристалі напівпровідникового лазера, називається процесом накачування. Чим більше енергії подається на кристал, тим більше її накачується в лазерний промінь. У теорії, насичувати його можна до нескінченності, але на практиці все інакше.
При роботі діод нагрівається, і його доводиться охолоджувати. Якщо постійно нарощувати подається на кристал потужність, рано чи пізно настане момент, коли система охолодження перестане справлятися з відведенням тепла і діод згорить.
Потужність лазерних діодів зазвичай не перевищує 50 Ватт. При перевищенні цієї величини стає складно зробити ефективну систему охолодження, тому потужні діоди надзвичайно дорогі у виробництві.
Існують напівпровідникові лазери на 10 і більше кіловат, але всі вони - складові. Їх оптичний резонатор накачується малопотужними діодами, кількість яких може досягати декількох сотень.
У гравера складові лазери не використовуються, так як їх потужність занадто велика.
Створення лазерного гравера
Для простих робіт, на кшталт випалювання візерунків на дереві, не потрібні складні і дорогі пристрої. Досить буде саморобного лазерного гравера, що працює від акумулятора.
Перш ніж робити гравер, необхідно приготувати для його складання наступні деталі:
Лазерний діод з DVD-RW приводу.- Фокусуються лінза.
- Алюмінієвий П-подібний профіль або трубка з кольорового металу з внутрішнім діаметром 15-20 мм.
- Електролітичний конденсатор 50 В, потужність 2200 мкФ.
- Резистор 5 Ом.
- Плівковий конденсатор 100 нФ.
- Тактова кнопка.
- Вимикач.
- Теплопровідні клей.
- Акумулятор типу 18650 і холдер для нього.
- Коробка з-під губки для взуття.
- Скотч, в тому числі і двосторонній.
- Клейовий термопістолет з витратні матеріали.
- Контролер заряду.
- Гніздо Jack 2, 1 Х 5, 5 мм.
Витягніть з DVD-приводу друкарську головку.
Акуратно витягніть фокусуються лінзу і розбирайте корпус головки до тих пір, поки не побачите 2 лазера, захованих в теплорозподільного кожухи.
Один з них - інфрачервоний, для зчитування інформації з диска. Другий, червоний, - пише. Для того щоб їх відрізнити, подайте на їх висновки напруга в 3 вольти.
Терморегулятори висновків:
Перед перевіркою обов'язково одягніть темні окуляри. Ні в якому разі не перевіряйте лазер, дивлячись на віконце діода. Дивитися потрібно тільки на відображення променя.
Необхідно вибрати лазер, який засвітився. Що залишився можна викинути, якщо не знаєте, куди його застосувати. Для захисту від статики спаяти всі висновки діода разом і відкладіть його вбік. Відпиляєте від профілю 15 см відрізок. Просвердлите в ньому отвір під тактову кнопку. Виконайте в коробці вирізи під профіль, гніздо для зарядки і вимикач.
Принципова схема лазерного гравера з DVD своїми руками виглядає наступним чином:
Залудити контактні площадки на платі контролю заряду і холдері:
За допомогою проводів до контактів В + і В- контролера заряду припаяйте відсік для акумулятора. Контакти + і - йдуть на гніздо, решту 2 - на лазерний діод. Спочатку навісним монтажем спаяти схему харчування лазера і добре заізоліруйте її скотчем.
Простежте, щоб висновки радіодеталей не замикатися між собою. Припаяйте до живильної схемою лазерний діод і кнопку. Помістіть зібраний пристрій в профіль і приклейте лазер теплопроводящим клеєм. Інші деталі закріпіть на двосторонній скотч. Встановіть на своє місце тактову кнопку.
Вставте профіль в коробку, виведіть дроти і закріпіть його термоклеем. Припаяйте вимикач і встановіть його. Ту ж процедуру виконайте з гніздом для зарядки. Термопистолетом приклейте на свої місця акумуляторний відсік і контролер заряду. Вставте в холдер батарею і закрийте коробку кришкою.
Перед початком використання потрібно налаштувати лазер. Для цього в 10 сантиметрах від нього поставте аркуш паперу, який буде мішенню для лазерного променя. Додайте фокусуються лінзу перед діодом. Віддаляючи і наближаючи її, добийтеся запису мішені. Приклейте лінзу до профілю в місці, де був досягнутий найбільший ефект.
Зібраний гравер відмінно підійде для дрібних робіт і розважальних цілей на кшталт підпалювання сірників і пропалювання повітряних кульок.
Пам'ятайте, що гравер - це не іграшка, дітям давати його не можна. Лазерний промінь при попаданні в очі викликає незворотні наслідки, тому зберігайте пристрій у місцях, недоступних для дітей місці.
Виготовлення приладу з ЧПУ
При великих обсягах робіт звичайний гравер не впорається з навантаженням. Якщо ви збираєтеся використовувати його часто і багато, вам знадобиться пристрій з числовим програмним управлінням.
Збірка внутрішньої частини
Навіть в домашніх умовах можна зробити лазерний гравер. Для цього з принтера потрібно витягти крокові двигуни і напрямні. Вони будуть приводити в рух лазер.
Повний список необхідних деталей виглядає наступним чином:
- Лазерний діод з пишучого приводу.
- Радіатор для діода.
- 3 крокових двигуна.
- 6 напрямних круглого перетину.
- Кріплення для напрямних.
- 3 подвійних або 6 одинарних кареток ковзання.
- Блок живлення 5 В, 4 А.
- Arduino UNO.
- 2 драйвера крокових двигунів.
- 2 вимикача.
- Лист металу 50 х 50 см і товщиною 2 мм (для заснування).
- Великий лист фанери.
- Куточки для скріплення фанери.
- Саморізи.
- 2 меблевих петлі.
Провід перетином 0, 5 мм².- Рухомий кабель-канал.
- Пластикові стяжки для проводів.
- Транзистор IRFZ44.
- 2 притискних ролика.
- 5 шестернею.
- Металевий стрижень (вісь для шестернею і роликів).
- 4 підшипника.
- Зубчастий ремінь.
- Понижуючий DC-DC перетворювач на 2 А.
- Чотири кінцевих вимикачів.
- Тактова кнопка.
- Гніздо Jack 2, 1 х 5, 5 мм.
- 4 гумові або силіконові ніжки.
- Теплопровідні клей.
- Епоксидна смола з затверджувачем.
Схема підключення всіх компонентів:
Вид зверху:
Розшифровка позначень:
- Напівпровідниковий лазер з радіатором.
- Каретка.
- Напрямні осі X.
- Притискні ролики.
- Кроковий двигун.
- Провідна шестерня.
- Зубчастий ремінь.
- Кріплення напрямних.
- Шестерні.
- Крокові електродвигуни.
- Підстава з листа металу.
- Напрямні осі Y.
- Каретки осі X.
- Зубчасті ремені.
- Опори кріплень.
- Кінцеві вимикачі.
Виміряйте довжину направляючих і розділіть їх на дві групи. У першій виявляться 4 коротких, у другій - 2 довгих. Напрямні з однієї групи повинні бути однакової довжини.
Додайте до довжини кожної групи напрямних по 10 сантиметрів і виріжте по отриманими розмірами підставу. З обрізків зігніть П-образні опори для кріплень і приварити їх до основи. Розмітьте і просвердлите в них отвори для болтів.
Просвердлите в радіаторі отвір і вклейте туди лазер, використовуючи теплопровідні клей. До нього припаяти дроти і транзистор. Болтами прикрутіть радіатор до каретки.
Встановіть на дві опори кріплення для напрямних і зафіксуйте їх болтами. Вставте в кріплення направляючі осі Y, на їх вільні кінці надіньте каретки осі X. У них всуньте залишилися напрямні зі встановленою на них лазерною головкою. Одягніть на напрямні осі Y кріплення і прикрутіть їх до опор.
Просвердлите отвори в місцях кріплення електромоторів і шестерёночних осей. Встановіть на свої місця крокові двигуни і на їх вали надіньте провідні шестерні. Вставте в отвори заздалегідь нарізані з металевого стержня осі і закріпіть їх епоксидним клеєм. Після його застигання надіньте на осі шестерні і притискні ролики зі вставленими в них підшипниками.
Встановіть зубчасті ремені так, як це показано на схемі. Перед закріпленням натягніть їх. Перевірте рухливість осі Х і лазерної головки. Вони повинні переміщатися з невеликим зусиллям, обертаючи через ремені все ролики і шестерні.
Підключіть до лазеру, двигунів і кінцевик дроти і стягніть їх стяжками. Утворені пучки укладіть в рухливі кабель-канали і закріпіть їх на каретках.
Кінці проводів виведіть назовні.
виготовлення корпусу
Просвердлите в підставі отвори для куточків. Відступите від його країв 2 сантиметри і накресліть прямокутник.
Його ширина і довжина повторює розміри майбутнього корпусу. Висота у корпуса повинна бути такою, щоб у нього містилися всі внутрішні механізми.
Розшифровка позначень:
- Петлі.
- Тактова кнопка (старт / стоп).
- Вимикач живлення Arduino.
- Вимикач лазера.
- Гніздо 2, 1 х 5, 5 мм для подачі 5 В харчування.
- Захисний короб DC-DC інвертора.
- Провід.
- Захисний короб Arduino.
- Кріплення корпусу.
- Куточки.
- Підстава.
- Ніжки з нековзкого матеріалу.
- Кришка.
Виріжте з фанери всі деталі корпусу і скріпіть їх куточками. За допомогою петель встановіть на корпус кришку і прикрутіть його до основи. У передній стінці виріжте отвір і просуньте крізь нього дроти.
Зберіть з фанери захисні кожухи і виріжте в них отвори під кнопку, вимикачі і гнізда. Встановіть Arduino в кожух так, щоб USB роз'єм збігся з призначеним для нього отвором. Налаштуйте DC-DC перетворювач на напругу 3 В при струмі 2 А. Закріпіть його в кожусі.
Встановіть на свої місця кнопку, гніздо живлення, вимикачі і спаяти електричну схему гравера воєдино. Після припаювання всіх проводів встановіть кожухи на корпус і прикрутіть їх саморізами. Щоб гравер заробив, потрібно залити прошивку в Arduino.
Після прошивки включите гравер і натисніть кнопку «Старт». Лазер залиште вимкненим. Натискання кнопки запустить процес калібрування, під час якого мікроконтролер виміряє і запам'ятає довжину всіх осей і визначить положення лазерної головки. Після його завершення гравер стане повністю готовим до роботи.
Перш ніж починати працювати з гравером, потрібно перевести зображення в зрозумілий для Arduino формат. Зробити це можна за допомогою програми Inkscape Laserengraver. Перемістіть в неї вибране зображення і натисніть на Convert. Отриманий файл відправте по кабелю на Arduino і запустіть процес друку, включивши перед цим лазер.
Такий гравер може обробляти тільки предмети, що складаються з органічних речовин: дерево, пластик, тканини, лакофарбові покриття та інші. Метали, скло і кераміку гравірувати на ньому не вийде.
Жодному разі не вмикайте гравер з відкритою кришкою. Лазерний промінь, потрапляючи в очі, концентрується на сітківці, пошкоджуючи її. Рефлекторне закриття повік вас не врятує - лазер встигне випалити ділянку сітківки ще до того, як вони закриються. При цьому ви можете нічого не відчути, але з часом сітківка почне відшаровуватися, що може привести до повної або часткової втрати зору.
Якщо ви спіймали лазерний «зайчик», як можна швидше зверніться до офтальмолога - це допоможе уникнути серйозних проблем в подальшому.