La máquina CNC más sencilla con la menor cantidad de piezas posible: grabador láser de bricolaje

En este tutorial te mostraré cómo construí la máquina CNC más simple con la menor cantidad de piezas posible y sin usar una impresora 3D. Eso es correcto. He estado usando impresoras 3D para la mayoría de mis proyectos recientes, ya que, por supuesto, son excelentes para crear prototipos, ya que podemos crear fácilmente cualquier forma que queramos con ellas. Sin embargo, no todo el mundo tiene una impresora 3D, así que quería mostrarles que podemos hacer cosas sin la ayuda de impresoras 3D u otras máquinas CNC.

Puede ver el vídeo a continuación o leer el tutorial escrito a continuación.

descripción general

Le mostraré cómo construí esta máquina CNC usando solo una herramienta eléctrica, un taladro y varias herramientas manuales. El material que utilicé para esta construcción es un tablero MDF de 8 mm de espesor, que en realidad es bastante fuerte y probablemente más rígido que un material PLA impreso en 3D y, al mismo tiempo, es fácil de trabajar.

Para este video usaré esta máquina CNC como grabadora láser y en un video futuro planeo usarla como trazador de lápiz.

Evidentemente, este tipo de diseño de máquina no aporta mucha rigidez, por lo que no podemos utilizarla como fresadora o fresadora CNC. Sin embargo, si conectamos un láser más potente, podremos usarlo para cortar diversos materiales, como este tablero de MDF que estamos usando aquí u otro tipo de paneles de madera, y hacerlo con una precisión bastante alta.

El área de trabajo es bastante grande con 390 x 360 mm y el nivel de detalle que puede producir este grabador láser es bastante impresionante. Para ser honesto, me sorprendió lo bien que quedaron los grabados.

El cerebro de esta máquina CNC es una placa Arduino UNO combinada con un escudo CNC. Sin embargo, aprenderá más sobre esto más adelante en el video, así como también cómo preparar sus dibujos o imágenes para el grabado láser, crear códigos G y controlar la máquina con programas gratuitos de código abierto.

Máquina de grabado láser CNC de bricolaje modelo 3D

Comencé a construir la máquina usando SOLIDWORKS for Makers. Los dos componentes principales de esta máquina CNC son estos rieles lineales MGN15H junto con los bloques deslizantes correspondientes.

Para accionar los bloques o los dos ejes utilizamos dos motores paso a paso NEMA 17 y unas poleas y correas de distribución GT2 a juego. Para conectar todo, utilizamos una placa de MDF de 8 mm de espesor y dos microinterruptores de límite para orientar la máquina.

Y eso es todo: una máquina CNC con el menor número de piezas posible.

Puedes descargar el modelo 3D aquí:

Puede encontrar y descargar este modelo 3D en Thangs y explorarlo en su navegador:

Descargar el Montaje modelo 3D de thangs..

Gracias, gracias, por apoyar este tutorial.

Aquí está el dibujo de la placa de montaje central:

Ver también: Máquina cortadora de espuma Arduino CNC

Montaje de la máquina

Bien, ahora podemos empezar a construir la máquina. Aquí hay una lista de los componentes necesarios para ensamblar esta máquina CNC de bricolaje. La lista de componentes electrónicos se puede encontrar a continuación en la sección Diagrama de cableado del artículo.

• Carril lineal MGN15H ………………………… Amazonas / Banggood / AliExpress
• Motor paso a paso – NEMA 17 ………….… Amazonas / Banggood / AliExpress
• Correa GT2 + polea dentada…………………… Amazonas / Banggood / AliExpress
• Polea GT2……………………………… Amazonas / Banggood / AliExpress
• Tuercas espaciadoras……………………………….…….. Amazonas / Banggood / AliExpress
• Juego de tornillos y tuercas……………………………… Amazonas / Banggood / AliExpress o en la ferretería local + tornillos de cabeza plana 3x16mm
• M2x20 x2, M3x12 x20, M3x16 x6, M5x25 x5, tornillos de 3×16 mm x20

Divulgación: estos son enlaces de afiliados. Como asociado de Amazon, gano con compras que califican.

Aquí está el tablero de MDF de 8 mm de espesor que usaré. Según los dibujos que tomé del modelo 3D, ahora cortaré las piezas al tamaño correcto.

Relacionado: Plotter de bricolaje con cambiador automático de herramientas | máquina de dibujo CNC

Para ello utilicé el método más sencillo: un lápiz para marcar los cortes y una sierra de mano para cortar.

Por supuesto, se necesita algo de esfuerzo para cortar todas las piezas a mano, pero aun así logramos obtener piezas bastante bonitas y limpias con este método.

Después de cortar todas las piezas a medida, me dispuse a perforar los agujeros. En realidad, perforar con precisión los agujeros es más importante que cortar las piezas. Las posiciones de los agujeros deben ser muy precisas porque deben encajar con otras piezas que tienen dimensiones precisas y fijas, como los rieles lineales y los motores paso a paso.

La placa central donde se montan el eje Y y los motores paso a paso tiene muchos agujeros. Para colocarlos correctamente imprimí un dibujo de esta pieza en su tamaño original.

Las impresoras normales son fácilmente accesibles para todos, así que pensé que no sería una trampa si usara una para este proyecto. De esta forma podemos posicionar la pieza y el dibujo y marcar las posiciones de los agujeros. Luego podremos perforar los agujeros, aunque eso no significa que los conseguiremos con una precisión del 100%. Todavía hacemos el trabajo a mano, por lo que tenemos que estar muy concentrados y ser pacientes para hacerlo bien.

Necesitamos brocas de 3 y 5 mm, así como una broca de 25 mm para perforar la abertura del motor paso a paso.

A continuación pasé a ensamblar la base de la máquina a la que se unirá el riel del eje X. Para ello, marqué la posición donde se uniría la parte de soporte del riel y taladré dos agujeros en la parte de base y un agujero en la parte de soporte.

Luego fijé estas dos piezas usando el primer tornillo de 3 mm y un poco de pegamento para madera. Una vez colocado el primer tornillo, verifiqué la escuadra y luego utilicé una broca de 2 mm para perforar previamente el segundo orificio en el material de respaldo.

Del mismo modo, agregué dos soportes para un mejor agarre.

Sinceramente, este método de ensamblar estas piezas de MDF no es tan bueno ya que es muy difícil dejarlas escuadradas ya que hacemos todo a mano y los tableros de MDF tienen solo 8 mm de grosor, lo que complica aún más este proceso. Quizás sería mejor y más sencillo utilizar soportes metálicos que puedes encontrar fácilmente en una ferretería.

Después de terminar los dos lados, todavía monté el riel del eje X.

Estos rieles MGN15H permiten un movimiento muy suave y sin juego porque hay bolas o rodillos en sus bloques deslizantes.

Antes de su instalación debemos limpiarlos y engrasarlos bien. Aseguré el riel lineal en su lugar con dos tornillos M3 a cada lado.

A continuación, debemos montar el eje Y en el bloque deslizante del eje X. Para ello utilizamos la placa intermedia.

Nuevamente utilizamos tornillos M3 para unir las piezas. Para fijar los motores paso a paso en su lugar también necesitamos tornillos M3.

Además, utilizo algunas tuercas espaciadoras para que uno de los escalones obtenga una altura de montaje adecuada. Probablemente podría haber montado este paso a paso en la parte inferior de la placa y, por lo tanto, tendríamos que usar estas tuercas espaciadoras.

Para accionar el eje X, necesitamos instalar dos poleas tensoras GT2 cerca del eje del motor paso a paso para que podamos crear la tensión correcta entre la correa y la polea del motor paso a paso.

Necesitamos tornillos y tuercas M5 para la fijación. Para el eje Y solo necesitamos una polea tensora en el otro lado del riel ya que la correa para este eje está instalada en un bucle.

Muy bien, lo siguiente es conectar los rieles de los ejes X e Y. Para ello utilizamos cuatro tornillos M3. La precisión de esta conexión es crucial porque de ella depende la precisión de toda la máquina.

Utilizando una medida de ángulos, debemos comprobar si los dos ejes son perpendiculares entre sí. Si no, deberíamos ajustarlos en consecuencia.

A continuación podemos instalar las piezas que van en el bloque deslizante del eje Y y en este caso sujetan el efector final o módulo láser. Utilizando el método explicado anteriormente, ensamblé estas piezas y las fijé al bloque deslizante con cuatro tornillos M3.

Ahora ya podemos fijar el módulo láser con dos tornillos M3.

Procedí a instalar las correas GT2. Medí la longitud necesaria y corté la correa a la longitud correcta.

Para fijar la correa al bloque deslizante utilicé dos tornillos M5 y bridas para cables.

Fijé el primer lado de la correa al tornillo M5 con una brida para cables, luego tensé la correa en el otro lado y la aseguré al segundo tornillo con la brida para cables.

En cuanto a

Fijé la correa por ambos lados con un solo tornillo y un trozo cuadrado de MDF.

Nuestra máquina CNC está casi terminada. Todavía hay algunas cosas que debemos hacer.

Pegué unos deslizadores para muebles en la parte inferior para que la máquina se mantenga más firme en su lugar.

Luego instalé el microinterruptor de límite para el eje Y. Para ello necesitamos dos tornillos M2.

En cuanto al final de carrera del eje X, olvidé perforar los agujeros correspondientes en la placa central. Por eso los marqué y los perforé en el sitio.

Fue un poco complicado colocar este interruptor de límite, pero al final funcionó bien.

Conexión de los componentes electrónicos

La parte mecánica ya está completa, por lo que podemos pasar a conectar los componentes electrónicos. Como se mencionó anteriormente, utilizamos una placa Arduino UNO en combinación con un escudo CNC y dos controladores de motor paso a paso DRV8825 o A4988.

Voy a colocar la placa Arduino en el costado de la máquina, así que marco dos orificios para Arduino y los perforo con una broca de 3 mm. Utilizo tuercas separadoras de 5 mm entre el panel lateral y la placa Arduino.

Leer más: Motores paso a paso y Arduino: la guía definitiva

El escudo CNC simplemente se conecta a la placa Arduino. Necesitamos usar 3 puentes para cada controlador para haber seleccionado la resolución más alta del motor paso a paso.

Tenga en cuenta que estos tres puentes deben quitarse ya que no los necesitamos. Los usé en uno de mis proyectos anteriores.

Luego podemos conectar los motores paso a paso en su lugar usando los cables incluidos. Necesitamos una conexión de dos cables para conectar los finales de carrera.

Soldé un extremo del cable directamente a los topes y soldé tiras de enchufe con contactos de clavija al otro lado para poder conectarlas fácilmente al blindaje del CNC.

Para conectar el módulo láser necesitamos 3 cables, GND, 12 V y una línea de señal para un control PWM. Estos cables deben ser un poco más largos para que puedan llegar al punto más alejado de la máquina.

De un lado tenemos el conector de 3 pines que va al módulo láser y del otro lado tenemos los cables GND y 12V que van al conector de alimentación del blindaje del CNC y la línea de señal que va debe estar conectada al pin de tope final. Z+ o Z-.

Diagrama de circuito de grabador láser CNC de bricolaje

Aquí está el diagrama de cableado de cómo se debe conectar todo.

Puede>

• Motor paso a paso – NEMA 17……………… Amazonas / Banggood / AliExpress
• Controlador de motor paso a paso DRV8825………….……..… Amazon / Banggood / AliExpress
• Escudo CNC Arduino…………………………. Amazonas / Banggood / AliExpress
• ArduinoUno…………………………………………..… Amazonas / Banggood / AliExpress
• Límite de cambio …………………………………. Amazonas / Banggood / AliExpress
• Fuente de alimentación CC…………………………. Amazonas / Banggood / AliExpress
• Módulo láser ………………………………. Amazonas / Banggood / AliExpress
• Gafas de seguridad láser…………………….. Amazonas / Dios Bang / AliExpress

Divulgación: estos son enlaces de afiliados. Como asociado de Amazon, gano con compras que califican.

Entonces usamos una placa Arduino UNO en combinación con un escudo CNC y dos controladores de motor paso a paso DRV8825 o A4988. Tenemos dos microinterruptores de límite para orientar la máquina y un módulo láser de 12 V que puede controlarse mediante PWM. Para la alimentación necesitamos una fuente de alimentación de 12V con una corriente mínima de 3 amperios.

Firmware y software de control

De hecho, hemos terminado de ensamblar la máquina. Lo que queda por hacer ahora es darle vida o convertirlo en una auténtica máquina CNC. Para ello, necesitamos instalar un firmware en Arduino para controlar el movimiento de la máquina CNC.

La opción más popular para las máquinas CNC de bricolaje es el firmware GRBL de código abierto. Al lado del GRBL firmwareTambién necesitamos un software de control a través del cual enviamos códigos G y le decimos a la máquina qué hacer. En este caso utilizamos el LáserGRBL Controladores. Este software está diseñado específicamente para controlar grabadores láser con firmware GRBL y puedo decirles que es realmente un controlador fantástico para este propósito considerando que también es de código abierto.

Con LaserGRBL tenemos la opción de flashear o cargar el firmware GRBL directamente al Arduino, por lo que no tenemos que hacerlo manualmente. Incluso podemos elegir una versión lista para usar para máquinas de dos ejes con referenciado solo en X e Y, tal como la que necesitamos.

Una vez que hayamos flasheado nuestro Arduino con el firmware GRBL, podemos conectar nuestra máquina al controlador y abrir la ventana de configuración GRBL para que podamos ajustar algunos parámetros según nuestra máquina.

Lo primero que debemos hacer aquí es ajustar la resolución del camino o los valores de pasos/mm para los ejes X e Y. Estos valores indican cuántos pasos debe dar el motor para moverse 1 mm. Esto depende del tipo de motor paso a paso que tengamos, la resolución de paso elegida y la transferencia de movimiento, en este caso correa y polea GT2.

Entonces podemos calcular estos valores para nuestra máquina. Los valores estándar aquí suelen ser 250 pasos/mm. Ahora podemos mover la máquina, por ejemplo, 20 mm usando los comandos JOG y debemos determinar qué tan lejos se mueve realmente la máquina.

En mi caso, el movimiento real fue de 31 mm con un paso de 20 mm en el eje Y.

Entonces, 20/31 = 0,645, y si multiplicamos este valor por 250 obtenemos 161,29. Entonces este es el valor que debemos establecer como valor de pasos/mm para nuestra máquina.

Ahora si intentamos mover la máquina con los valores actualizados, la máquina debería recorrer la distancia exacta. Si no está satisfecho con el resultado, aún puede ajustar estos valores dibujando y midiendo cuadrados. Terminé usando un valor de 160 pasos/mm.

Sin embargo, también hay otros parámetros importantes que es necesario ajustar. Por ejemplo, debemos habilitar límites estrictos, que son los interruptores de límite reales, límites suaves, que definen el área de trabajo, establecer la dirección de referencia, que define dónde están nuestros interruptores de límite en la máquina, etc.

Puede descargar mi conjunto de parámetros para importarlo fácilmente a su firmware.

Generación de códigos G para grabado láser

Otra ventaja de este software es que también tiene un generador de código G incorporado. Esto significa que podemos cargar cualquier fotografía, clipart, dibujo a lápiz, etc. directamente en el software y generar un código G para grabar según nuestras necesidades. La herramienta de imágenes rasterizadas es muy versátil y ofrece muchas opciones para elegir, como por ejemplo: B. seleccionar seguimiento de línea, vectorización, tramado BW de 1 bit, etc.

Por supuesto, si lo desea, también puede generar códigos G con otro software, por ejemplo con Inkscape y su complemento Inkscape Laser Tools para generar códigos G, y cargarlos aquí. Ya expliqué cómo utilizar este método para generar códigos G en mi vídeo anterior para SCARA Robot Laser Engraver. Para más detalles, vea este vídeo.

Ahora te mostraré cómo puedes usar LaserGRBL para generar un código G para grabar con láser a partir de una fotografía. Aquí tengo una foto de un perro, que abriré con el software.

Usando las opciones de “Brillo” y “Contraste” podremos ajustar la imagen a nuestro gusto. Podemos elegir el tipo de conversión de la foto, como por ejemplo: B. “rastreo línea a línea”, “difuminado SW de 1 bit” o un formato vectorial. Usaré «Trazado de línea a línea» para esta foto y aquí también podemos seleccionar la dirección de la línea y la calidad del grabado, que se define por el número de líneas por mm.

A continuación podemos seleccionar la velocidad de grabado, establecer los valores PWM mínimo y máximo para la potencia del láser y determinar el tamaño del grabado.

Y listo, el software genera el código G para este grabado. Antes de comenzar, podemos usar el botón Marco para dibujar o mostrarnos dónde se realizará el grabado para que podamos ajustar nuestra pieza de trabajo según sea necesario.

Tenga en cuenta que debemos usar gafas de seguridad láser que protejan nuestros ojos de la luz ultravioleta del láser ya que es muy peligrosa.

Si hemos calibrado correctamente nuestra máquina podremos conseguir grabados bastante buenos. Para calibrar, podríamos usar esta imagen que creé que tiene cuadrados de 100% a 10% de transparencia.

Según los resultados, ajuste la velocidad de grabado y el valor PWM para la potencia del láser.

Puede descargar la imagen de calibración aquí:

Eso es todo por este tutorial. Espero que lo hayas disfrutado y hayas aprendido algo nuevo. Si tiene alguna pregunta, no dude en hacerla en la sección de comentarios a continuación y no olvide consultar algunos de mis otros proyectos de Arduino.