Самодельный лазерный гравёр: создание из принтера или DVD своими руками

Что понадобится

Лазерный гравер можно приобрести в специализированных магазинах или интернет-магазинах. В настоящее время ассортимент моделей довольно велик, и вы можете выбрать ту, которая наилучшим образом соответствует вашим целям. Однако это не единственный способ стать обладателем этого инструмента. В домашних условиях вполне можно изготовить лазерный гравировальный станок самостоятельно.

Для этой цели можно использовать DVD-приводы или даже старые принтеры, которые уже не используются по прямому назначению.

Чтобы сделать гравер, нужно заранее подготовить все необходимые элементы, инструменты для работы и материалы. В первую очередь нужен лазер мощностью в несколько ватт, а также нужно сделать рамку, обеспечивающую движение по двум координатным осям (ось X и ось Y). Оси должны быть жестко закреплены под прямым углом друг к другу.

В процессе эксплуатации потребуются вспомогательные предметы, перечисленные ниже:

• программатор ардуино;
• плата индикации, а также платы управления двигателем;
• шаговые двигатели (электродвигатели взяты с DVD);
• механизм охлаждения;
• лазерный диод (пистолет);
• резисторы, транзисторы;
• регулятор напряжения;
• блок питания (можно блок от компьютера);
• выключатель.

Также необходимо подготовить:

• фанера, толщина которой 6 мм или 10 мм;
• сверла и сверла для работы с деревянными предметами;
• саморезы для деревянных поверхностей;
• провода для подключения;
• шарикоподшипники;
• металлический стержень диаметром 10 мм;
• элементы крепления, хомуты, смазка;
• инструменты для слесарных работ.

Технология изготовления из DVD-приводов

Для создания гравера можно использовать абсолютно любой DVD привод. Выполнив поэтапно все необходимые этапы работы, вы сможете сделать лазерный гравировальный станок своими руками.

Для начала необходимо разобрать привод, снять механизм внутри. Для изготовления станка нужна каретка с шаговым двигателем, лазерные диоды, направляющие. Стоит снять оптику, плату, отрезать шлейф, который идет от шагового двигателя. Припаиваем провода к проводам.

Следующим шагом будет изготовление базовой таблицы. Для этой цели можно использовать акриловое стекло и алюминиевый уголок. Другой вариант – фанера, из которой нужно вырезать квадрат подходящих размеров.

Некоторые домашние мастера предпочитают использовать корпус для самого привода DVD-ROM. В таком случае обрабатываемую поверхность можно зафиксировать с помощью небольшого магнита.

Машина может использовать лазер DVD-RW, для которого требуется небольшой двигатель. Лазер установлен на пластине, которая, в свою очередь, крепится ко второму механизму. Можно использовать модель из пластикового листа.

Следующим этапом работы является изготовление корпуса машины. Для этой цели подойдет фанера толщиной 10 мм, но можно использовать и материал толщиной 6 мм. Можно использовать пластик. Вам нужно вырезать 4 детали корпуса, сделать отверстия для монтажных станций и для саморезов.

Если корпус выполнен из пластика, то предпочтительно соединять детали с помощью металлических уголков.

Чтобы корпус выглядел эстетично, стоит обработать его мелкой наждачной бумагой, можно покрасить все детали в понравившийся цвет.

Для подключения самодельного гравера потребуется блок питания – часто используется компьютер. При использовании блока другого типа стоит выбирать элемент на 5 вольт, при этом сила тока должна быть более 1,5 ампер. Чтобы блок начал работать, необходимо замкнуть провода GND и PC_ON. Также необходимо подключить джойстик для ручного управления, он расположен на плате.

Электрика располагается за изготовленным станком, с помощью саморезов крепится Arduino и драйвера для моторов. Лазер подключен с помощью транзистора и резистора. Лазерный диод нельзя подключить напрямую к Arduino. Также нужно иметь в виду радиатор, предназначенный для охлаждения лазера. Использование обязательно.

Как сделать из принтера

Самодельный лазерный гравер можно сделать и из принтера. Для модификации нужно немного изменить механизм подачи заготовки.

Вместо обычной офисной бумаги можно работать с фанерой или плоской металлической пластиной.

В некоторых случаях вам даже не нужно специальное программное обеспечение. Вы можете использовать драйвер непосредственно с принтера. Для модификации принтера самодельного лазерного гравера могут использоваться детали и корпус струйного или матричного принтера. Подходит, например, для двигателей от струйных принтеров Epson. Вы также можете заимствовать направляющие у типографий.

Кроме того, стоит использовать и другие детали от старых принтеров. Тогда вам не придется тратить деньги на получение того, что можно получить, разобрав уже ненужный принтер. Некоторые из этих деталей могут быть полезны:

• станции;
• заколки для волос;
• застежки;
• контроль;
• водители.

Для успешной переделки старых принтеров в гравировальный станок важно правильно собрать каркас будущей конструкции. И позаботьтесь об основных компонентах. При наличии схемы сигнал подачи чернил подключается к входу лазера, и тогда возможна печать на твердых материалах.

Настройка и подготовка к работе

После того, как механизм полностью собран, необходимо его настроить и подготовить. Для того, чтобы гравер заработал, необходимо настроить программное обеспечение. Благодаря его использованию формируется имидж.

Такую программу без особого труда можно скачать на персональный компьютер, так как она находится в свободном доступе. Предпочтительнее делать это с официального сайта Arduino.

Регулировку и проверку работы необходимо проводить исключительно в специальных очках, предназначенных для защиты глаз. Даже если лазерный луч недостаточно сфокусирован, он может повредить сетчатку при попадании в глаз человека. При наблюдении за гравировкой также рекомендуется носить очки. Диаметр и глубина образовавшихся впадин зависят от уровня мощности лазерного луча и времени на выполнение работы.

Если все сделано правильно, то при включении питания и изменении положения джойстика должно происходить движение. Если джойстик перемещается вправо/влево, лазер должен двигаться, если джойстик перемещается в направлении вперед/назад, стол начинает двигаться.

Фокусировка лазерного луча производится с помощью листа бумаги. Вращать линзу необходимо до тех пор, пока лазерная точка не станет минимального размера. Или можно сжечь лист. Это означает, что именно в этом положении фокус луча максимален.

Чтобы гравер получил необходимое изображение, стоит использовать среду программирования под названием Processing. Вам необходимо скачать его с официального сайта и установить на свой компьютер. Изображение должно быть черно-белым и размером 300*300.

Заранее нужно позаботиться о проблеме возможного перегрева досок. Это очень опасно, и этого нельзя допускать ни в коем случае, поэтому должна быть установлена ​​система охлаждения, которая сформирована на базе кулеров и вентиляторов от компьютера.

Гравировка сфокусированным лазерным лучом предполагает нагрев обрабатываемого материала. В результате получается контрастное изображение.

Полученное таким образом изображение является достаточно прочным и устойчивым ко всевозможным физическим и химическим воздействиям извне.

Читайте также: Как распечатать большую картинку на нескольких листах А4 на обычном принтере через программы и онлайн

Устройство и принцип работы

Основным элементом гравера является полупроводниковый лазер. Он испускает сфокусированный и очень сильный луч света, который прожигает обрабатываемый материал. Регулируя силу излучения, можно изменить глубину и скорость ожога.

Основой лазерного диода является полупроводниковый кристалл, сверху и снизу которого расположены P- и N-области. К ним подсоединяются электроды, через которые подается ток. Между этими участками имеется PN-переход.

По сравнению с обычным лазерным диодом он выглядит гигантом: его кристалл можно детально рассмотреть невооруженным глазом.

Значения можно расшифровать следующим образом:

1. P (положительная) область.
2. П — Н переход.
3. N (отрицательная) область.

Торцы кристалла отполированы до совершенства, поэтому он действует как оптический резонатор. Электроны, перетекающие из положительно заряженной области в отрицательную, возбуждают фотоны в PN-переходе.

Отражаясь от стенок кристалла, каждый фотон порождает два равных фотона, которые, в свою очередь, делятся, и так до бесконечности.

Цепная реакция, происходящая в полупроводниковом лазерном кристалле, называется процессом накачки. Чем больше энергии поступает в кристалл, тем больше ее накачивается в лазерный луч. Теоретически его можно насыщать до бесконечности, но на практике все обстоит иначе.

В процессе работы диод нагревается и его необходимо охлаждать. Если постоянно увеличивать мощность, подаваемую на кристалл, рано или поздно наступит момент, когда система охлаждения перестанет справляться с отводом тепла и диод перегорит.

Мощность лазерных диодов обычно не превышает 50 Вт. Выше этого значения становится сложно создать эффективную систему охлаждения, поэтому производство мощных диодов чрезвычайно дорого.

Есть полупроводниковые лазеры мощностью 10 и более киловатт, но все они композитные. Их оптический резонатор накачивается маломощными диодами, количество которых может достигать нескольких сотен.

Композитные лазеры в гравёрах не используются, так как их мощность слишком велика.

Создание лазерного гравера

Для простой работы, такой как выжигание узоров по дереву, нет необходимости в сложных и дорогих приспособлениях. Подойдет самодельный лазерный гравер, работающий от аккумулятора.

Перед изготовлением гравера необходимо подготовить к сборке следующие детали:

1. Лазерный диод от привода DVD-RW.
2. Фокусирующая линза.
3. П-образный алюминиевый профиль или труба из цветного металла с внутренним диаметром 15-20 мм.
4. Электролитический конденсатор 50 В, 2200 мкФ.
5. Сопротивление 5 Ом.
6. Пленочный конденсатор 100 нФ.
7. Кнопка бит.
8. Выключатель.
9. Теплопроводящий клей.
10. аккумулятор 18650 и держатель для него.
11. Коробочка от губок для обуви.
12. Скотч, в том числе двухсторонний.
13. Клеевой пистолет с расходными материалами.
14. Управление зарядкой.
15. Разъем Jack 2,1 х 5,5 мм.

Снимите печатающую головку с DVD-привода.

Аккуратно снимите фокусирующую линзу и разберите корпус головки, пока не увидите 2 лазера, спрятанных в теплорассеивающих экранах.

Один из них инфракрасный, для считывания информации с диска. Другой, красный, автор. Для их разделения подайте на их выводы напряжение 3 вольта.

Перед проверкой обязательно наденьте темные очки. Никогда не проверяйте лазер, глядя на окошко диода. Вам просто нужно посмотреть на отражение луча.

Нужно выбрать лазер, который засветился. Остальное можно выбросить, если не знаете, куда его применить. Для защиты от статического электричества спаяйте все выводы диода между собой и отложите в сторону. Отпилите от профиля кусок 15 см. Просверлите в нем отверстие для кнопки удара. Сделайте в коробке вырезы под профиль, зарядную розетку и выключатель.

Принципиальная схема лазерного DVD-гравера своими руками выглядит следующим образом:

Используя провода к контактам B+ и B- на контроллере заряда, припаяйте батарейный отсек. Контакты + и — идут на розетку, остальные 2 — на лазерный диод. Сначала припаиваем схему блока питания лазера для поверхностного монтажа и хорошо изолируем изолентой.

Следите за тем, чтобы выводы радиодеталей не были закорочены друг на друга. Припаяйте к схеме лазерный диод и кнопку. Поместите собранный блок в профиль и приклейте лазер теплопроводным клеем. Остальные детали прикрепите на двухсторонний скотч. Установите кнопку на место.

Вставьте профиль в коробку, уберите провода и зафиксируйте горячим клеем. Припаяйте переключатель и установите его. Выполните ту же процедуру для зарядного разъема. С помощью теплового пистолета приклейте аккумуляторный отсек и контроллер заряда на место. Вставьте батарею в держатель и закройте коробку крышкой.

Перед использованием необходимо настроить лазер. Для этого поместите на расстоянии 10 сантиметров от него лист бумаги, который будет целью лазерного луча. Поместите фокусирующую линзу перед диодом. Отодвигая и приближая его, добивайтесь целевого ожога. Приклейте линзу к профилю в том месте, где достигается наибольший эффект.

Составной экскаватор идеально подходит для небольших работ и развлекательных целей, таких как зажигание спичек и сжигание воздушных шаров.

Помните, что гравер не игрушка и его нельзя давать детям. Лазерный луч при попадании в глаза вызывает необратимые последствия, поэтому храните устройство в недоступном для детей месте.

Изготовление прибора с ЧПУ

При больших объемах работы обычный гравер не справится с нагрузкой. Если вы собираетесь использовать его часто и много, вам нужен блок ЧПУ.

Сборка внутренней части

Даже в домашних условиях можно сделать лазерный гравер. Для этого с принтера необходимо снять шаговые двигатели и направляющие. Они хотят запустить лазер.

Полный список необходимых деталей выглядит следующим образом:

• Лазерный диод от пишущей станции.
• Радиатор на диод.
• 3 шаговых двигателя.
• 6 направляющих круглого сечения.
• Вечеринки для гидов.
• 3 двойных или 6 одинарных тележек.
• Источник питания 5 В, 4 А.
• Ардуино УНО.
• 2 драйвера шагового двигателя.
• 2 переключателя.
• Металлическая пластина 50 х 50 см и толщиной 2 мм (до основания).
• Большой лист фанеры.
• Уголки для крепления фанеры.
• Саморезы.
• 2 мебельные петли.
• Провода сечением 0,5 мм².
• Подвижный кабельный канал.
• Пластиковые стяжки для проводов.
• Транзистор IRFZ44.
• 2 пин-ролла.
• 5 передач.
• Металлический стержень (вал для шестерен и роликов).
• 4 подшипника.
• Ремень ГРМ.
• Понижающий DC-DC преобразователь 2 А.
• Четыре концевых выключателя.
• Кнопка бит.
• Разъем Jack 2,1 х 5,5 мм.
• 4 резиновые или силиконовые ножки.
• Теплопроводящий клей.
• Эпоксидная смола с отвердителем.

Измерьте длину направляющих и разделите их на две группы. У первого будет 4 коротких, у второго 2 длинных. Направляющие из одной группы должны быть одинаковой длины.

К длине каждой группы направляющих прибавьте по 10 сантиметров и обрежьте основу по полученным размерам. Из обрезков согните П-образные опоры для креплений и приварите их к основанию. Разметьте и просверлите отверстия для болтов.

Просверлите отверстие в радиаторе и вклейте в него лазер с помощью теплопроводящего клея. Припаял к нему провода и транзистор. Прикрутите радиатор к каретке.

Установите рельсовые опоры на две опоры и закрепите их болтами. Вставьте направляющие оси Y в крепления, установите каретки оси X на их свободные концы. Вставьте оставшиеся направляющие с установленной на них лазерной головкой. Установите крепления на направляющие оси Y и прикрутите их к опорам.

Просверлите отверстия в местах крепления электродвигателей и валов-редукторов. Установите шаговые двигатели в слоты и поместите ведущие колеса на оси. Вставьте предварительно вырезанные из металлического прутка валы в отверстия и прикрепите их эпоксидным клеем. После его застывания наденьте валы-шестерни и нажимные ролики с вставленными в них подшипниками.

Установите зубчатые ремни, как показано на схеме. Перед креплением затяните их. Проверьте подвижность оси X и лазерной головки. Они должны двигаться с небольшим усилием, вращая все ролики и шестерни через ремни.

Подсоедините провода к лазеру, двигателям и концевым выключателям и затяните их кабельными стяжками. Полученные жгуты поместите в подвижные кабель-каналы и прикрепите их к кареткам.

Удалите концы проводов.

Изготовление корпуса

Просверлите в основании отверстия для уголков. Отступите от краев 2 сантиметра и начертите прямоугольник.

Его ширина и длина повторяют размеры будущего корпуса. Высота корпуса должна быть такой, чтобы в него поместились все внутренние механизмы.

Вырежьте все детали корпуса из фанеры и скрепите их уголками. С помощью петель прикрепите крышку к крышке и прикрутите ее к основанию. Вырежьте отверстие в передней стенке и протяните через него провода.

Соберите защитные кожухи из фанеры и вырежьте в них отверстия для кнопок, выключателей и розеток. Поместите Arduino в корпус так, чтобы разъем USB совпал с предусмотренным для него отверстием. Установите преобразователь постоянного тока на 3 В при 2 А. Прикрепите его к корпусу.

Замените кнопку, розетку, выключатели и спаяйте электрическую цепь копателя вместе. Припаяв все провода, установите кожухи на корпус и прикрутите их саморезами. Для работы гравера необходимо залить прошивку в Arduino.

После прошивки включите гравер и нажмите кнопку «Старт». Оставьте лазер выключенным. Нажатие на кнопку запускает процесс калибровки, при котором микроконтроллер будет измерять и сохранять длину всех осей и определять положение лазерной головки. После завершения гравер будет полностью готов к работе.

Прежде чем приступить к работе с гравером, необходимо преобразовать изображения в формат, понятный Arduino. Это можно сделать с помощью программы Inkscape Laserengraver. Переместите в него выбранное изображение и нажмите Преобразовать. Отправьте полученный файл по кабелю на Arduino и запустите процесс печати, включив перед этим лазер.

Такой гравер может обрабатывать только предметы, состоящие из органических веществ: дерево, пластик, ткани, краски и другие. На нем нельзя гравировать металлы, стекло и керамику.

Никогда не включайте гравер с открытой крышкой. Лазерный луч, попадая в глаза, концентрируется на сетчатке и повреждает ее. Рефлекторное смыкание век вас не спасет — лазер успеет выжечь участок самой сетчатки, прежде чем они снова сомкнутся. При этом вы можете ничего не чувствовать, но со временем сетчатка начнет отслаиваться, что может привести к полной или частичной потере зрения.

Электрическая схема устройства

Электронная часть основана на стандартной плате Arduino Uno. К ней подключена плата управления шаговым двигателем CNC Shield V3.0, на которой установлены драйверы шагового двигателя на базе микросхемы A4988. Все эти платы я тоже купил у китайцев, хотя они и в наших магазинах есть в продаже.

Доска крепится к раме. Сбоку прикрепил блок питания. Он должен обеспечивать ток не менее 5А.
Для подключения платы контроллера очень пригодились провода от старых компьютерных коробок. У них уже есть разъемы, которые подходят к контактам.

Все можно собрать без пайки.
Для питания очень пригодился импульсный блок питания на 12 В и 10 А (был взят с большим запасом, чтобы потом можно было использовать либо более мощный лазер, либо другие более мощные шаговые двигатели).

Схема подключения лазера к Ардуино

Схем подключения лазера к Ардуино в сети много. Я использовал этот:
У меня два двигателя подключены к клеммам для подключения шагового двигателя по оси X. Один из них просто поменял выводы одной из обмоток. Чтобы моторы крутились в разные стороны. Это необходимо для синхронизации движения разных концов мобильной системы.

Управляющая программа

На этом можно завершить предварительную настройку и после установки программы управления станком попробовать подвигать его по осям вперед-назад и проверить, все ли работает как надо.

По поводу управляющей программы, основной задачей которой является передача управляющих кодов и команд с компьютера на машину. Таких программ много. За время работы перепробовал несколько из них и в итоге остановился на программе «Свеча

Хотя я пробовал и B-CNC, и Universal G-code Sender. Любой из них подойдет для этого.
Установил программу, нажал кнопки — машинка гудит и работает по моим командам. Ура! Работать уже можно, но для комфортной и безопасной работы нужно еще что-то делать.

Концевые выключатели

Чтобы во время работы случайно не покинуть рабочее поле и не повредить механику, очень желательно их установить. Я использовал обычные микропереключатели. Вот как они установлены на станине оси X
и для оси Y.

Чтобы они заработали, нужно в конфигурации изменить параметр $21 с нуля на единицу. Это можно сделать еще раз, запустив терминал в программе Arduino IDE. Тот же терминал, позволяющий производить настройки прошивки, есть и в программах управления станком, в той же Свече. Введите $21=1

Включено. Я начинаю двигать голову с помощью кнопок управления движением и проверяю, что происходит, когда она достигает концевого выключателя. При срабатывании переключателя движение останавливается и программа выдает тревожное сообщение. Все бы ничего, но иногда операция происходит посреди рабочего поля. И в непредсказуемое время.

Я долго с этим боролся, потом наконец понял, что это происходит из-за наводок на проводах к концевикам от проводов, идущих к шаговым двигателям. Нужно было сразу сделать эти провода экранированными. В силу своей природной лени, я не стал обматывать жгуты проводов, а просто взял несколько небольших SMD конденсаторов емкостью 10 нФ и припаял их к плате контроллера на контакты, к которым подключены концевые выключатели.

Это решило проблему с пикапами и они меня больше не беспокоят. Но, как оказалось, это еще не все. В программе управления есть команда «Домой» — это когда станок перемещает инструмент в точку с координатами 0:0, ориентируясь на работу концевых выключателей. Очень удобно, когда есть точная привязка к рабочему столу. Нажимаю «домик» — машина не двигается и через десять секунд объявляет аварийку

Получается, что вся точка находится в несуществующей оси Z. Изначально прошивка делалась по трем координатам и сначала в ноль должна уйти координата Z — шпиндель поднимается в наивысшую точку, чтобы ничего не задеть инструментом, и только потом начинаются движения по другим осям. В моем случае координаты Z нет и это приводит к ошибке. Не получив сигнал от несуществующего датчика передачи, контроллер формирует сигнал тревоги.

Пришлось долго и упорно думать о том, что происходит. Наконец-то я обратил внимание на файл config.h в составе прошивки. Алгоритм выполнения команды «домой» указан там, где в первую очередь обрабатывается движение по оси Z.

Проба пера

Теперь все заработало. Не терпится сжечь что-нибудь. Пробовал делать разные картинки на фанере, бумаге, разном пластике.
Я обнаружил, что фанеру, электрокартон и многие виды пластика можно не только покрывать узорами, но и резать.

Например, из толстого электрокартона или фанеры 1,5 мм можно с хорошей точностью вырезать каркасы для намотки трансформаторов.

Металл для этого лазера конечно не по зубам. На чистом железе даже следов не оставляет. Но зато легко справляется с различными лакокрасочными покрытиями. Особенно, если они темного цвета. Прожигает даже порошковое покрытие до металла. А это отличная возможность для создания элементов дизайна корпуса, гравировки логотипов и надписей.

Изготовление печатной платы

Но если лазер легко выжигает краску по металлу, почему бы не использовать этот аппарат для производства печатных плат? Сначала я делал это довольно просто. Я взял чертеж печатной платы, сделанный в популярном Sprint Layout, поменял местами цвета и заставил лазер прожечь все пространство между нарисованными дорожками. Это было ошибкой. Небольшая пробная доска была выгравирована очень долго.

Решение было найдено при знакомстве с программой FlatCAM.
Программа FlatCAM была специально создана для изготовления прототипов печатных плат с помощью механического гравера или лазерного гравера. Эта программа имеет подробные описания и даже видеоуроки. Освоить его не составило труда.