По словам автора, его воображение всегда будоражили чудеса, которые можно сотворить с собственным станком для лазерной гравировки. Все попытки наложить лапу на подобное оборудование заканчивались неудачей, что не могло не огорчать…
Однако, будучи натурой деятельной и творческой (то есть – настоящим Мозгочином), он решил эту проблему просто – сделал свой (хоть и маленький) чпу-станок. Про этот проект мы и расскажем в нашей статье.

Несмотря на очень маленькую рабочую площадь, основным преимуществом конструкции является ее простота и дешевизна. В свою очередь, означает легкость повторения в условиях домашней мастерской.

При работе на проектом автор придерживался принципа максимальной эффективности, то есть, отдельные электронные компоненты, изготовление которых потребовало бы излишних затрат времени, приобретались готовыми. Впрочем, эти детали довольно просто найти и заказать через Интернет (а для особо продвинутых – изготовить самостоятельно).

Полученным результатом автор полностью удовлетворен, даже несмотря на наличие возможностей для дальнейшего улучшения и модернизации конструкции. Разумеется, небольшие размеры и низкая мощность накладывают свои ограничения. Однако, автором вполне удачно налажено производство бумажных марок, табличек для маркировки домашних растений, и тому подобного. Разумеется, станок в карман не влезет, но сравнительно с другими инструментами и оборудованием, все же может называться «карманным».

Несколько слов о безопасности. В проекте использован красный лазер мощностью около 200 МиллиВатт. Конечно, ее не хватит на то, чтобы разрезать деревянный брусок одним махом, но вот навсегда ослепнуть – легче простого. Никогда и ни при каких обстоятельствах не направляйте лазер в глаза. Помните, что опасность для зрения представляет даже отраженный луч!

Приступим…

Шаг 1. Собираем детали

Большинство деталей любой Мозгочин может найти в своих личных закромах Родины. Думаю, что алюминиевый профиль, сопли и палки, крепеж, МДФ – плиты и провода найдутся в любой домашней мастерской. Большая часть электроники приобретена автором в готовом виде в Интернет – магазинах и на E-bay.

Ардуино и все-все-все

Нам понадобятся:

1. Arduino – сердце конструкции. Как вы понимаете, она будет отвечать за управление шаговыми двигателями.
2. Платы управления шаговыми двигателями. Автор использовал платы Easydrive, однако, вы можете использовать любые их аналоги либо изготовить платы самостоятельно, в т.ч. и из набора Мозгокит (разумеется, когда он поступит в обращение).
3. 2 (два) неиспользуемых DVD – привода.
4. Схема управления питанием лазера.
5. Корпус для лазерного светодиода (опять таки, можете приобрести его в Интернет – магазинах либо изготовить самостоятельно).
6. Болтики, гаечки, и прочие необходимые мелочи.

Шаг 2. Вскрытие покажет… Курочим разбираем DVD – приводы

Все, что нам необходимо с усопших DVD – приводов – это блоки шаговых двигателей и один лазерный диод.
Первый же блин оказался комом, когда автор обнаружил, что в выбранных для препарирования устройствах основа не металлическая, а пластиковая, что значительно усложнило б работу. Пришлось выбирать новых претендентов среди жильцов кладовки…

Та самая пластиковая рама крайняя слева…

>Сама же разборка особой сложности не представляет и в целом одинакова для DVD – приводов любой марки.
Для начала, открутите 4 винта, которые удерживают нижнюю пластину корпуса, и удалите ее. Под ней вы обнаружите две платы, которые также необходимо удалить, открутив крепящие их винты.

Снятая крышка…

В принципе, платы для вас бесполезны (если только вы не знакомы с smd-монтажем), однако вы вполне можете использовать другие детали приводов в своих проектах. Например, под платами возле одной из стенок корпуса размещен крошечный двигатель постоянного тока, который стоит сохранить. В то же время, асинхронный двигатель главного привода диска без использования специального контроллера достаточно тяжело даже заставить стронуться с места.

Внимание! Будьте осторожны с шлейфами – один из них отвечает за управление шаговым двигателем и позиционирование лазерной головки.

Теперь открутите винты крепления модуля шагового двигателя и извлеките его из корпуса привод. В принципе – это именно то, что нам необходимо для дальнейшей работы. Под конец, аккуратно снимите с оптического модуля фокусирующие линзы – они понадобятся нам позже. Постарайтесь не повредить лазерный диод , без него вся наша конструкция превратится в банальный плоттер на ЧПУ.

Претенденты на механическую часть

Выбрать?

Мы расскажем, почему мы отказались от лазера и остановили свой выбор на ЧПУ выжигателе с нихромовой нитью.

После долгих экспериментов и пилотных станков, мы столкнулись со следующими нюансами при работе с лазерными ЧПУ станками для выжигания и ЧПУ выжигателями с нихромовой нитью.

Лазерный ЧПУ выжигатель:

Преимущества

1. Более высокая точность границ. Это связано с тем, что лазерный ЧПУ станок рисует по дереву точками. Это его важная особенность, из которой вытекают и свои недостатки. Писать офисные таблички, бейджики, рисовать векторные объекты, тексты и изображения с очень четкими границами, нарисованные линиями лучше лазерным ЧПУ.

нихром и лазер

2. Выжигает не только по дереву. Выжигает также по деревянным поверхностям и коже, но еще может вырезать пленку типа ORACAL. Те лазеры, которые могут вырезать пластик, дерево, пенопласт – это более мощные и дорогие соответсвенно

Вырезание букв на пленке Oracal

3. Низкие требования к температуре помещения.

Недостатки лазерного ЧПУ выжигателя:

1. Нанесение изображения точками . Самый главный недостаток – лазерным ЧПУ выжигателем сложно сделать полутона для изображения. То есть, точка черная либо есть, либо ее нет. Любой художник знает, что эффект объема изображения достигается тенями на поверхности лица. Тени создают объектам объем, делают его “живым”. Во многом, восприятие и узнавание лиц мозгом человека устроено так, что узнавание человека происходит во многом из-за теней, показывающих объем. В случае с лазерным ЧПУ тень можно получить только уменьшением густоты расположения черных точек.

2. Низкая скорость выжигания. Изображение выжигается со скоростью 10 точек в секунду. Так, картину размером 20*20 см мы выжигали 10 часов. При этом, не скажу, что изображение было сильно темным. Говорить о каком-то серийном выполнении заказов тут уже не приходится – либо придется ставить несколько ЧПУ, либо довольствоваться небольшим количеством заказов.

Выжигание портретов лазером. Скрин-шот с экрана. Выжигание лазером формата А4 занимает порядка 9 часов

3. Рисование пикселями. По ходу работы выявились еще несколько неприятных особенностей Лазерного ЧПУ: при редактировании изображения и увеличении фотографии ЧПУ рисует на дереве “пикселями”. То есть, изображения перестает быть равномерным, и скорее напоминает мозаику, выполненную из квадратиков.

При небольшом увеличении изображение может “пикселить”

4. Яркое свечение от лазера как при сварке . Сразу вспомнил старого знакомого, который работает с профессиональным полиграфическим оборудованием (станок изготавливает лазером матрицы для офсетной печати) – у того зрение то ли “минус 6”, то ли “минус 7”. Способ защититься от яркого света на самом деле есть – это специализированные очки. Но их не всегда удается подобрать правильно – каждому лазеру с разной длиной волны лазера соответствуют разные очки, защищающие именно от этого диапазона светового излучения. Если у вас есть дети и вы хотите поставить лазер дома, то это, на наш субъективный взгляд, просто немыслимо!

Яркое свечение от лазера может сильно посадить зрение

5. Не всякое дерево подходит. Те, кто выжигают на дереве, знают, что по дереву перед выжиганием можно пройтись содовым раствором. Но при работе лазер просто сжигает остатки соды на поверхности. Чтобы этого не происходило, приходится очень тщательно промывать заготовку.

Не всякая фанера подойдет для лазерного ЧПУ

ЧПУ выжигатель с нихромовой нитью

Преимущества:

1. “Живые изображения” – с тенями, полутенями и оттенками. По эстетике изображения и складывается впечатление о работе. Полутона рисуются за счет простого физического эффекта – изменения скорости коретки ЧПУ, а значит и временем контакта жала с поверхностью. В тех местах, где необходимо нарисовать светлый тон проволочное жало (перо) проезжает быстро. Там, где нужны темные элементы ЧПУ выжигатель задерживает коретку с жалом.

Высокая детализация – видна радужка глаз на малом размере

Нихромовое жало дает плавные оттенки, делая портреты “живыми”, а не “цифровыми”

2. Регулировка насыщенности изображения происходит можно прямо на самом ЧПУ регулятором температуры жала – так можно получить изображения разной интенсивности.

регулировка температуры жала на ЧПУ

3. Изображения можно наносить на .

Выжигание на фанере нихромом

Выжигание на коже нихромом

4 .Скорость выжигания портрета размером (А4 21*30 см) выжигается в пределах 2-3х часов – что существенно быстрее, чем на лазерном ЧПУ. За день можно вместо одного портрета успеть сделать 3-4 штуки. Несомненно преимущество при выжигании больших форматов (А3, А2 и панно).

время на выжигание А4 занимает 2,5-3 часа

Недостатки станка с нихромовым жалом:

1. Нужно поддерживать примерно постоянную температуру в помещение. И конечно нельзя допускать сквозняков. Движение воздуха при сквозняке остужает нихромовое жало. Поскольку ЧПУ работает с постоянной скоростью, на изображении из-за остывания жала при ветре появляются светлые полосы. На самом деле этот недостаток я бы отнес к условным, поскольку он решается закрытием окна. Что касается запаха при выжигании, то он очень незначителен – не больше, чем от потухшей спички. Ну а проветрить помещение можно по завершению работы.

2. Необходимость менять нихромовую нить через каждые 6-8 портретов. Этот недостаток скорее имеет отношение ко времени смены нити, чем к расходам. Стоимость 1 жала, сделанного из нихромовой нити составит 2-3 рубля. Время на смену – минут 5 с учетом изготовления формы жала пасатижами из нихромовой проволоки.

Нихромовую нить необходимо менять через каждые 6-8 портретов

Заключение

В общем, в результате долгих экспериментов и выявления подводных камней мы пришли к выводу, что они оба варианта интересны, но лазерный выжигатель по дереву совершенно не подходит для нашей основной задачи – выжиганию картин и портретов. Если лазером хорошо получаются текстовые фрагменты (для изготовления табличек), узоры или контурные рисунки, то по части портретов лазер однозначно проигрывает нихромовому ЧПУ. А с учетом его стоимости, такие недостатки как точечный рисунок без оттенков и время выжигания просто сводит на нет его преимущества. Поэтому мы остановились на станке ЧПУ с нихромовой нитью. Конечно, нихром – не идеальный вариант, но при работе достаточно не допустить сквозняков и периодически менять жало, и Вы получите портрет, который невооруженным взглядом новичок не отличит от работы художника.

В продолжении темы open source project*. Как и все истории начинаются со слов, - дело было вечером... В данной ситуации, немного всё по другому. Прошлым годом был спроектирован, и собран (практически на спор) чпу фрезер распечатанный на 3D принтер . . Станочек собран, запущен, был навешен лазер 5.5 ватт. После «игры» с лазером, сам фрезер отошел на второй план. Начал выжигать. Как известно лазер очень хорошо работает с векторной графикой, в этом плане равных ему можно сказать нет, но вот с растром начинаются проблемы. И тут вступает в силу человеческое «хочется больше!». Не долго думая, первое что пришло на ум, нихромовый выжигатель, попадавшийся мне мимолетно на глаза пару лет назад. Да и финансовых вложений требовал куда меньше чем стоимость самого лазера.

Как это работает?
Принцип работы можно сравнить, точнее опробовать имея под рукой паяльник. Нагрев его до максимально температуры, начать медленно проводить по деревянной поверхности, чем медленней проводишь, тем темнее получается прожженная поверхность, если очень быстро провести, то поверхность не успеет прогореть (слишком короткий контакт с поверхностью) на рисунке можно изобразить это так: (по этому алгоритму и построено программное обеспечение)

На максимальных скоростях, цвет остается практически неизменный относительно поверхности.

Проектирование и сборка

Изначально, конструкция должна быть не по классической схеме, но немного подумав решил всё таки оставить классику, т.к. нужно было испытать один элемент конструкции, а именно ось X c кареткой. Проще говоря, как поведет себя каретка на двух линейных подшипниках. Хоть нагрузки станок не несет абсолютна никакой при работе, но все таки два, это маловато, китайский люфт он беспощадный

В целом, если не считать «мелочевки» в конструкции используется всего 8 напечатанных деталей, при которых уже возможен старт станка, в общем деталей 11 на данный момент, (крепление для ардуинки, крышка с куллерами и прочее). Из за своей «простоты» узлов, размер в теории может быть любой, в теории, потому что валы 8мм свыше метра, полагаю уже есть не совсем хорошо. Да и изначально станок планировался таких размеров, чтобы легко помещался лист формата А3. Но из за того что как оказалось позже, у меня не нашлось направляющих 500 мм для оси Х, так как их израсходовал на фрезер, а были в закромах 800мм. Резать стало жалко, оставил их какие есть, от чего станок в размерах вырос. Как оказалось в процессе эксплуатации, это только огромный плюс.

Рама из алюминиевого квадратного профиля 20х20 мм по периметру, и "стол" из того же материала 12х12мм, скреплено это всё заклепками. Можно и на болтах скрутить, но не стал заморачиваться лишними телодвижениям, заклепки свою задачу выполняют сполна

Чем хорош такой каркас, тем что в трубах, легко прячется проводка, тем самым выигрывает общий внешний вид

Общий вид:

Электроника:

Построено это всё на базе Arduino UNO + cnc shield 3.0 соответственно. Причем шилду у меня в хозяйстве выделена роль цыгана, качует от станка к станку... один на всех, эдакий проститут чпушный)) (банально нету средств заказать дополнительно). Прошивка GRBL 1.1. Питается сие хозяйство, в том числе и накал жала, от 12-ти вольтового блока питания 40А (40 это слишком много, просто другого не было) 20 - 25 ампер по предварительным расчетам вполне достаточно.

Принудительное охлаждение драйверов

Программная часть:

Для генерации g-кода использую замечательную бесплатную программу Конвертер Bmp в GCode . Чем очень понравилась, тем что есть настойки скорости черного цвета, т.е. экспериментально подбираем при какой скорости прожигается черная линия не портя при этом поверхность "не впиваясь в нее"и выставляем это значение в программе. Таким образом пришел к выводу, что регулятор накала жала по сути не нужен, достаточно один раз при сборке установить максимальный накал, и найти минимальную скорость черного цвета. В дальнейшем при выжигании, если нужно сделать фотографию более светлую, то просто увеличиваем скорость значения черного цвета, жало передвигается быстрее, отсюда и "рисуемая" линия светлее. Максимальный накал может ограничиваться лишь одним параметром, - максимальной скоростью хода каретки и ускорения, в моем случаи максимальная скорость каретки 16700 мм/с, увеличить скорость можно поставив шкив на мотор, большего диаметра. Эксперименты по поиску продолжаются. После того как файл кода сгенерирован, его уже можно запихнуть в любую программу которая "умеет" отправлять код на ардуинку. Я использую LaserGrbl, уже как то привык, удобно что показывает время выполнения программы, можно нажать паузу, и прочие плюшки.

И вот механика собрана, электроника подключена, ардуинка прошита и настроена под параметры механики, на угад пальцам в клавиатуру ставлю параметры, нифига не понимая какой шаг по Y делать, вообще впереди в голове куча вопросов и тестов.
Первое выжигание

Посмотрев на сие безобразия, с умными глазами почесав затылок, стало понятно как той козе что надо менять настройки программы исходя из характеристик механики. Решил немного погуглить, углубиться в тему. Тонны бесполезных страниц в сети, пару веков видео на ютубе, которые просто показывает как выжигает, без особых закадровых текстов, в общем ничерта ни от кого ничего не узнал, у всех всё так красиво но не понятно как. Наткнулся на "загадаШный" принтер не буду оглашать его название многие и так поймут, лишь скажу что его цена я прямо попутал где лева где право. И тут я окончательно задумался. Цена на него не маленькая, наверняка есть какая то фишка, от чего и складывается такая сумма, значит я сделал что то не так...
Глянув хорошенько на первый тест выжигание, делаем вывод, слишком большая скорость каретки, низкая температура жала, большой шаг между строками. Меняем настройки, повышаем температуру, жжем:

Ну вот, уже по лучше подумал я, но что за дикие полосы? Понимаю что расстояние между полосами меньше где больше черного. А дело в том что на жале со временем как и на паяльники появляется нагар, и когда он достигает критической скажем так массы, нагар скалывается, и резко повышается температура жала, в следствии чего появляются разница оттенков, скорость то при этом ведь постоянная. Здесь велосипед придумывать не пришлось, всё уже умные люди придумали за меня, у которых всё красиво и без косяков. Линейка. При подходе к координате X=0, жало наезжает на металлическую линейку, буквально на сантиметр. Но тут тоже есть небольшая хитрость, в сети по этому поводу не нашел информации, просто следовал логике и ошибок. Вариант первый, НЕ правильный:

Не верен он тем, что подходя к линейке, жало которое получает некое давление на поверхность за счет в моем случаи обычной резинке, нужно "взобраться" на поверхность нашего очистителя, и чем она толще, тем всё печальней, так что линейка должна быть самая дешевая, т.е. самая тонкая, но и этого не достаточно, за счет того что жало находится в раскаленном состоянии, да и нихром не совсем уж такой и жесткий материал, удар об острый угол, просто загибает жала в бараний рог. Выход. Немного подточить край:

Сделать это можно с помощью дочки болгарина, или любыми другими способами, делать сверх острым смысла нет, проверенно. Просто подточить уголок, и проблема решена.
Пробуем дальше:

Результат в прямом смысле на лицо. И всё, тут понеслась! Сжечь всю фанеру в хате!

Много загружать фотографий не стану, т.к. еще не всё идеально, впереди тесты тесты и еще раз тесты, нужно найти максимальные его возможности, тем самым увеличить скорость. Не быстрое это удовольствие, последние два выжженных фото в среднем печатались 5 с половиной часов каждое, размер 310х410. При этом средняя скорость исходя из кода, примерно в 50-60% его возможностей.На этом очень коротко, но всё. Примерная сумма комплектующих для сборки сей шайтан-машины около 4т.р (позже назову более точную сумму) Исходя из того будет ли Вам это интересно дальше, то последует следующая статья, с завершенным проектом, и окончательными его возможностями.
Ссылка на проекты kirviks

Все фото из статьи

В художественной графике существует такой термин, как пирография, который буквально обозначает рисование огнём и для этого используют самодельный или профессиональный выжигательный аппарат по дереву. Но при этом не следует забывать, что здесь может происходить не только отделка цельной древесины, но также фанеры и пробки, кожи и плотной ткани, картона и фетра.

Только сам наконечник инструмента, конечно, будет отличаться по величине и даже по конфигурации. Мы расскажем вам, какие бывают виды приборов и можно ли их сделать самостоятельно, а также предлагаем вашему вниманию видео в этой статье.

Инструменты для пирографии

Виды выжигателей

Примечание. Вне зависимости от марки или даже бренда производителя, все выжигательные приборы могут быть разными не только в соотношении цена – качество, но и по способу нанесения рисунка.

• Самый распространённый прибор для выжигания по дереву, это аппарат с нихромовой петлёй, которая как раз и является носителем высокой температуры, действуя по принципу спирали – на замыкание, то есть, она нагревается во время замыкания через неё ноля и фазы . На заводских устройствах зачастую есть переключатель мощности, который может быть плавным или шаговым (щелчковым), что, по сути, не имеет никакой разницы.
  Основное удобство проволочной петли заключается в том, что её накал и полное остывание происходит за несколько секунд, следовательно, вам не придётся держать постоянно такое устройство во включенном состоянии, а это, в свою очередь, положительно отразится на расходе электроэнергии.

• Кроме того, для ручной работы используется аппарат со сменными насадками, как на фото вверху, который также может быть задействован в качестве паяльника при работе с оловом и канифолью (электрические устройства и платы) . Такое устройство и нагревается тоже, как обычный паяльник, при помощи вмонтированной спирали у держателя насадки, поэтому, процесс прогрева и остывания происходит достаточно долго и при работе его обычно не отключают от сети.
  Но этот недостаток в некоторой степени компенсируется переключателем мощности и чтобы насадка полностью не остывала, тумблер переводят на самый слабый режим, хотя замену насадок лучше производить в холодном состоянии, так как металл при нагревании расширяется и можно разломать держатель.

• Кроме обычных, заостренных насадок, на выжигатель, работающий по принципу электрического паяльника, можно надевать насадку в виде клейма, то есть, это будет та же самая насадка, только с окончанием в виде плоскости с рельефным изображением . Такие приборы чаще всего применяются для маркировки или серийного производства каких-либо поделок и работают от сети 220В.

• Конечно, самый дорогой инструмент, это станок — выжигание лазером по дереву с высокой точностью достижимо только при механизированной обработке с числовым программным управлением . Преимущество пирографа состоит в том, что он управляется через компьютер, и вы сможете закачать туда программу с нужным вам изображением (рисунком или надписью).

Собираем прибор самостоятельно

Примечание. Чтобы сделать электровыжигатель по дереву своими руками в данном случае нам понадобится паяльник, старый блок питания, например, от шуруповёрта или мобильного телефона (в нашем случае это будет зарядное от айфона 5,1В 2А), две толстые иглы (от шприца и швейную) и шпажка для барбекю.
Кроме того, нам нужны сапожные нитки, флюс (канифоль) и припой (олово).

Для начала от иглы для шприца откусываем насадочный раструб – он нам не понадобится, но второй экземпляр лучше всего взять не медицинский, а для шитья.

Теперь берём шпажку для барбекю (её, кстати, можно сделать и своими руками, отколов кусок сосновой деревянной рейки) и приматываем к ней синтетической сапожной ниткой иглы так, чтобы они располагались вдоль деревянного держателя на противоположных сторонах, как это показано на фотографии выше. При этом постарайтесь, чтобы швейная игла оказалась чуть-чуть длиннее медицинской, примерно, на 2 мм.

Теперь нам нужно аккуратно подогнуть кончик швейной иглы к медицинской, чтобы её остриё попало как раз в выпускной срез отверстия (так фиксация будет более надёжной). Но не старайтесь замыкать концы так, чтобы они были в напряжении – вполне достаточно будет лёгкого касания.