Начните год с создания чего-то необычного и, в долгосрочной перспективе, полезного. Мы подготовили инструкцию по сборке домашнего лазерного станка для гравировки. Сфера применения такого станка широкая: начиная с изготовления оригинальных эмблем, логотипов и деревянных гравюр и заканчивая дизайном мебели, предметов интерьера и чехлов для смартфонов. Собрать лазерный гравер высокого разрешения довольно сложно, но процесс обещает быть интересным. Благодаря Сураджиту Маджумдару, изобретателю из Индии, который собственноручно собрал этот гравер, мы теперь знаем, как сделать свой домашний станок.

Для реализации проекта нам понадобятся следующие компоненты:
– аппаратная платформа Arduino Nano;
– фокусируемый лазерный модуль (выходная мощность – 250 мВт, длина волны – 650 нм);
– два драйвера шагового двигателя A4988;
– транзистор IRFZ44N N-канальный;
– линейный стабилизатор напряжения LM7805;
– радиатор для лазера;
– радиатор IC;
– конденсатор (ёмкость – 1000uF);
– два резистора (10 кОм и 47 Ом);
– однорядные штыревые разъемы для Arduino;
– клеммник винтовой;
– разъем JST 2.0 с кабелем;
– колпачок перемычки 2,5 мм;
– термоусадочная трубка;
– два DVD привода;
– индивидуальная печатная плата;
– акриловый лист 5 мм.
Инструменты:
– паяльник;
– сверлильный станок;
– лобзик или мини-пила;
– наждачная бумага;
– кусачки;
– суперклей.

Шаг 1: корпус
Первым делом мы сделаем корпус для будущего станка. Акриловый лист отлично подходит для любого DIY-проекта. Его легко резать, гнуть, шлифовать, и при этом он достаточно прочный, чтобы служить основой для всей сборки.
Здесь есть готовые шаблоны (первый и второй), которые необходимо скачать, распечатать, а затем вырезать и наклеить на акриловый лист.

Рис.1

Затем нужно разрезать заготовку в соответствии с формой шаблона, используя лобзик или мини-пилу, чтобы получились детали как на рисунке 1. Пластиковое покрытие с акрила можно снять и все части корпуса отшлифовать наждачной бумагой, чтобы получить гладкую матовую поверхность.

Рис. 2

Рис. 3

Осталось только соединить все части вместе с помощью суперклея, как на рисунках 2 и 3. Корпус готов.

Шаг 2: трансформация приводов
DVD диски давно ушли со сцены, и приводы в большинстве своем похоронены в старых нерабочих системных блоках. Но творческий предприимчивый ум всегда найдет применение хорошим вещам уходящей эпохи!
Для настоящего проекта нам понадобится два пишущих привода. Один для оси X (вертикаль) и другой для оси Y (горизонталь).
С помощью отвертки нужно удалить все винты и отсоединить все разъемы и кабели, как показано на рисунках.

Рис. 4

Рис. 5

Затем нужно открыть держатель диска, открутить и отсоединить выдвижной механизм – в нём как раз располагается шаговый двигатель.

Рис. 6

Гибкую печатную плату двигателя нужно разрезать и припаять к ней кабель JST, как на рисунке 7. А другой конец кабеля нужно припаять к штыревому разъему и закрепить с помощью термоусадочной трубки, как на рисунках 8 и 9 (для этого трубку нужно нагреть, это можно сделать как зажигалкой, так и паяльником).

Рис. 7

Рис. 8

Рис. 9

Шаг 3: сборка механизма
Сначала нам нужно сделать отверстия для крепления раздвижного механизма, используя сверло 3 мм.

Рис. 10

Для придания устойчивости нашему сооружению, обязательно используем 6-миллиметровые подставки. Их нужно прикрепить с помощью клея к угловым отверстиям механизма (рисунок 11). Эти маленькие детали помогут снизить вибрацию и получить более высокую точность гравировки.

Рис. 11

Чтобы установить раздвижной механизм в основной корпус, используем винты M3x12 и закрепляем гайками с обратной стороны для более надежной фиксации.

Рис. 12

Теперь нам нужно вырезать два квадратика из акрила, размер первого – 3х3 см, второго – 9х9. Сначала с помощью клея устанавливаем первый квадратик (он будет выполнять роль нижней гравировальной платформы), а поверх него уже ставим второй. Для основной платформы лучше использовать металл, но акриловый лист тоже подойдёт.

Рис. 13

Рис. 14

По завершении сборки, можно отложить механизмы в сторону. Так как пришло время поработать с Arduino.

Шаг 4: электроника
В этом проекте используется специально разработанная печатная плата, которую можно заказать на JLCPCB или изготовить самостоятельно методом ЛУТ (лазерно-утюжная технология). Схема платы (локальная копия) и файл формата gerber (локальная копия) – это всё, что нужно для её разработки и изготовления.

Рис. 15

Получив плату, мы можем приступать к пайке. Процесс этот кропотливый, наконечник паяльника должен быть тонким и чистым, а рука – твердой.

Рис. 16

Рис. 17

Рис. 18

Рис. 19

Можно начать с пайки штыревых разъёмов, а затем перейти к остальным компонентам схемы, для удобства (смотрите рисунки 16, 17, 18 и 19). Когда транзистор, стабилизатор, конденсатор, клеммник и резисторы на месте, переходим к установке драйверов.

Рис. 20

Рис. 21

Рис. 22

В управлении шаговыми двигателями без специальных драйверов не обойтись. Популярный А4988 работает от напряжения 8-35 В и может обеспечить ток до 1 А на фазу без радиатора (и до 2 A с радиатором). Одним из основных параметров шаговых двигателей является количество шагов на один оборот 360°. Например, для двигателя DVD привода это 200 шагов на оборот, то есть 1 шаг равен 1.8°. Драйвер A4988 позволяет увеличить это значение за счёт возможности управления промежуточными шагами, он имеет пять режимов микрошага: 1(полный), 1/2, 1/4, 1/8 и 1/16.
В GRBL (библиотека данных для прошивки контроллера, мы с ней ещё разберемся) цифровые и аналоговые пины Arduino зарезервированы. Контакты STEP (шаг) для осей X и Y подключены к цифровым контактам 2 и 3 соответственно, а контакты DIR (направление) к 5 и 6 контактам.

Контакты VDD, отвечающие за питание драйверов, подключены к 5 V на Arduino. Сама же Arduino получает питание через USB-кабель.

Пины MS1, MS2 и MS3 предназначены для настройки микрошага.
Low Low Low – полный шаг
High Low Low – 1/2
Low High Low – 1/4
High High Low – 1/8
High High High – 1/16

Шаг 5: финальный монтаж
Теперь пришло время прикрепить лазерный модуль и плату к корпусу гравера. Для длительной работы лазера нам необходим радиатор (можно достать из старой материнской платы). 

Рис. 23

С помощью суперклея крепим радиатор с лазером к ползунку оси X, а плату устанавливаем на задней части корпуса с помощью винтов M3, как на рисунках 24 и 25. После этого подключаем кабели JST к разъемам на драйверах шаговых двигателей.

Рис. 24

Рис. 25

Шаг 6: прошивка GRBL и программное обеспечение LaserGRBL
GRBL - это прошивка для плат Arduino, которая управляет шаговыми двигателями и, по сути, выполняет функцию контроллера. GRBL использует Gcode (язык программирования устройств с ЧПУ) в качестве входных и выходных сигналов через контакты Arduino.
Сначала прошивку необходимо скачать (локальная копия).
Открываем Arduino IDE (локальная копия) и следуем таким путём:
Sketch»Include Library» Add.Zip Library» файл grbl-master.zip.
Библиотека установлена. Теперь нам нужно загрузить скетч grbl (скетч - это единица кода, которая загружается в плату и выполняется на ней).
Ищем скетч из меню File»Examples»grbl» grblUpload
Далее выбираем нужную плату и порт, нажимаем на кнопку загрузки и идём дальше знакомиться с программным обеспечением.
LaserGRBL - это один из лучших стримеров GCode для DIY лазерного гравера. 

Рис. 26

LaserGRBL может загружать и передавать GCode-путь на Аrduino, гравировать изображения, картинки и логотипы с помощью встроенного инструмента преобразования. Его нужно просто скачать (локальная копия) и установить на компьютер.
После успешной установки открываем LaserGRBL, выбираем правильный COM-порт и скорость передачи данных для соединения.
Теперь мы, наконец, можем загрузить изображение, которое хотим выгравировать. LaserGRBL поддерживает любой формат изображения, нужно только не ошибиться с размером (40x40 мм).
И настало время гравировки!

Мы желаем успехов каждому, кто возьмётся за воплощение этого проекта в реальность. Творите, экспериментируйте, добавляйте в сборку что-то своё. Полученным результатом вы всегда можете поделиться с нами.

И пусть ваш гравер прослужит вам долго!