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Lego NXT Lasergravierer

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Lego NXT Lasergravierer

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Nachdem ich einige Lasergravierer auf Instructables und ihre komplizierten Ergebnisse gesehen hatte, entschied ich, dass es wert sein würde, meine eigene Maschine zu bauen, um einige hölzerne Zeichen und Grafik zu machen. Ich habe auch beschlossen, ich wollte es einfach zu bauen, aber immer noch relativ effektiv bei der Gravur von Bildern und dass andere Menschen in der Lage, auch zu bauen. So war es mein Ziel, es kostengünstig und einfach genug, dass jeder mit einigen grundlegenden Elektronikkenntnisse und Materialien konnte es ohne große Schwierigkeiten zu bauen. Zuerst wollte ich Arduino und fast alle 3D-bedruckten Teile verwenden, aber nachdem ich einige Druckerprobleme hatte, dachte ich, Legos würde die Dinge viel einfacher und einfacher zu bearbeiten, und es ist ziemlich gut ausgefallen. Es ist nicht industriell und es hat einige Probleme seiner eigenen, aber es ist ein guter Weg, um mit der Verwendung und den Bau von benutzerdefinierten CNC-Tools zu beginnen, und erfordert keine Kenntnisse über Arduino oder Löten.

Also, was wir hier haben ist ein ziemlich einfacher Lasergravierer und Low-Power-Cutter mit einem CNC-Rahmen gebaut fast vollständig aus Legos. Es verwendet ein Zahnstangengetriebe mit 3D-gedruckten Zahnstangenziegeln und lässt sich fast vollständig aus Teilen der Lego Mindstorms NXT 1.0 und RCX-Sets sowie der Laser- und Schaltungskomponenten zusammenbauen. Der NXT-Ziegelstein steuert die Bewegungen, aber da ich nicht in der Lage gewesen bin, eine komplette Lösung für die Verwendung von G-Code mit NXT zu finden, muss jede Bewegung manuell programmiert werden. (Ich plane auf der Suche nach einer Lösung für diese bald!)

Soweit der Laser geht, ist es eine 200mw 405nm lila / UV-Laserdiode, die anscheinend von einem Blu-Ray-Laufwerk gerettet wurde. Die Verbindung zum exakten auf eBay ist im entsprechenden Schritt, aber, wenn Sie Ihr eigenes herausziehen möchten, könnte es auch funktionieren - ich kann die gleichen Resultate nicht garantieren zwar. Es ist mächtig genug, um durch Papier und in Holz zu verbrennen, und es geschafft, eine Marke in Metall mit schwarzem Marker bedeckt zu machen.

Haftungsausschluss: Dies ist ein Laser-Projekt, was bedeutet , es ist mit einem höheren betriebenen Laserstrahl (200mW) mit dem Potenzial, das menschliche Auge schädigen. Wie jeder, der mit Lasern arbeitet, wird Ihnen sagen, extreme Vorsicht beim Umgang mit Lasern über 5mW (Laser-Pointer). IMMER AUGENSCHUTZ BEWEGEN, WENN DER STRAHL ANGESCHLOSSEN WIRD, und selbst dann, wenn es vorsichtig ist - auch die Reflektion des Laserlichts kann gefährlich sein. Ich bin nicht verantwortlich, wenn Sie ein Loch in den Hornhäuten verbrennen (was eine reale Möglichkeit ist), setzen Sie Ihr Haus auf Feuer (weniger wahrscheinlich), verschütten Sie heißen Kaffee auf Ihrem Schoß oder etwas anderes, das beim Bauen dieser Maschine und sonst geschieht.

Schritt 1: Lasergrundlagen

Laser sind ein besonders effektives Fertigungsmittel, da sie nicht verschleißen, die meisten Materialien mit großer Präzision schneiden können und nicht so oft wie herkömmliche Werkzeugmaschinen ersetzt werden müssen. Einfach gesagt, ein Laser bricht in / schneidet ein Arbeitsteil durch die Bereitstellung von genügend Energie, um das Teil in einer kurzen Zeitspanne zu erhitzen, um es fast augenblicklich zu verbrennen. Für die Zwecke dieses Instructable ist der Laser nur leistungsfähig genug, um Papier zu schneiden und eine Markierung in Holz zu verbrennen.

Auch beim Laserschneiden spielt die Farbe eine Rolle: Die Wirksamkeit eines Lasers hängt von der Farbe des Strahls und dem Arbeitsteil ab. Laser werden kalibriert, um eine bestimmte Wellenlänge des Lichtes auszugeben, die wir als die Farbe des Strahls wahrnehmen. Da Laser nur fokussiertes Licht sind, reflektiert eine Oberfläche derselben Farbe wie der Strahl das meiste Licht aus dem Laser und reduziert so die Lichtmenge und somit die Energie, die das Objekt absorbiert. Zum Beispiel wird ein 405 nm Wellenlänge lila Strahl (wie die, die ich verwendet) haben Probleme beim Brennen von blauen Objekten, und noch mehr so ​​lila. Weiße Oberflächen reflektieren jede Farbe des Lichts, so dass sie schwerer zu brennen sind als andere Farben; Umgekehrt absorbieren schwarze Flächen jede Lichtfarbe und sind damit leichter verbrennbar. Metalle spiegeln am meisten Licht, so dass sie schwierig zu schneiden oder brennen mit den meisten Farben von Lasern, so industrielle Maschinen verwenden Infrarot-Laser, deren Licht nicht durch Metall reflektiert wird.

Für einen Niedrigleistungslaser wie diesen wird eine schwarze Beschichtung auf der Oberfläche eines Metallobjekts dem Laser ermöglichen, das Metall leicht zu verbrennen. Die Verwendung eines Lasers mit sichtbarem Licht zum Schneiden von Metall kann für den Laser selbst gefährlich sein, da das Licht direkt zurück in die Diode reflektiert, beschädigt oder zerstört werden kann. Wichtig ist , dass die Oberfläche des Objekts graviert werden ( im Folgenden als "Arbeitsteil" genannt) ist die richtige Farbe.

Schritt 2: Lasersicherheit

Obwohl diese Maschine aus Legos besteht, kann der Laser in ihm ziemlich gefährlich sein, wenn mißhandelt werden. Jeder Laser über 5 mW hat das Potenzial, dauerhaft die Augen zu beschädigen, und sogar darunter kann Verletzungen verursachen, wenn sie missbraucht werden. Zum Vergleich sind die meisten roten Laserpointer etwa 1 mW Laser, während der Laser hier 200 mW - 200 mal stärker ist! Auch das reflektierte Licht von diesem Laser können immer noch die Augen schädigen, so klar zu sein, sollten Sie nie die Diode Macht ohne richtige Augenschutz tragen!

Der Augenschutz hängt auch vom verwendeten Laser ab. Wie ich schon im letzten Schritt erwähnt habe, sind die Laser nur fokussiert Licht - wenn Sie brennen würde eine Diode Sie würde am Ende mit einem "teuer LED." Das Licht wird nicht von etwas absorbiert werden, das die gleiche Wellenlänge reflektiert. Wenn Sie also versuchen würden, blaue oder lila Gläser zu verwenden, wenn Sie mit dem Laser arbeiten, den ich verwendete, hätten Sie wenig bis gar keinen Schutz. Auf der anderen Seite, rote oder grüne Gläser absorbieren die meisten des Lichts und geben einen besseren Schutz. Dies ist auch der Grund, warum IR-Laser (wie die, die viele Menschen von CD-Laufwerken retten) gefährlicher sind als sichtbare Lichtstrahlen: Sie können das reflektierte oder emittierte Licht nicht sehen, und wenn Ihre Gläser nicht blockiert werden, könnten Sie sein Verblendet, ohne zu wissen, was passiert ist. Daher ist es immer wichtig, zu überprüfen, ob die Gläser, die Sie verwenden, für die spezifische Wellenlänge Ihres Lasers bewertet werden.

Optische Dichte ist ein weiterer wichtiger Faktor. Ich glaube, Wikipedia hat eine ausführliche Erklärung, aber im Grunde zeigt es, wie viel Lichtenergie von den Gläsern absorbiert wird. Für Laser mit höherer Leistung ist es wichtig, Gläser mit einer höheren OD-Bewertung zu haben, so dass selbst wenn die Farbe korrekt ist, die Gläser noch die Menge an Energie im Licht behandeln können.

Alle Sachen betrachteten die Gläser, die ich verband, haben für mich mit dem Laser perfekt gearbeitet, den ich verwendete. Sie erlauben nicht genügend Licht durch, um Nachbilder oder sogar jedes Niveau der körperlichen Unannehmlichkeiten zu verursachen, und der Laser Punkt ist immer noch hell genug, um zu sehen, wenn Sie sie tragen.

Sidenote: Wenn Sie jemals geschehen, mit hoch-end DPSS-Laser arbeiten, habe ich gelesen, dass einige Ausgabe IR-Licht zusammen mit ihrer eigenen Farbe des Lichts; ZB könnte ein grüner DPSS-Laser in 532 nm sowie IR (unsichere Wellenlänge) leuchten. Stellen Sie sicher, dass, wenn Sie einen dieser Laser verwenden Sie Brille bewertet, um gegen beide Lichtbänder zu schützen.

Schritt 3: Der Lego-Rahmen

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Der Rahmen ist bei weitem der einfachste Teil dieses Projektes, fast vollständig aus Legos gemacht, die meisten von den Lego Mindstorms-Sets - sowohl NXT- als auch RCX-Versionen. Die einzigen Ausnahmen hiervon sind die Zahnstangenstücke, die ich nur 4 von und nicht viel neben dem RCX-Set gesehen habe. So druckte ich alle 21 von ihnen diese Datei mit: http://www.thingiverse.com/thing:68592

Um den Rahmen zu bauen, [ Download Designer LEGO Digital und] die Anweisungen in der LDD - Datei folgen - ich hatte einige Probleme , die Baugruppen zusammen im Programm passend , aber es ist ziemlich offensichtlich , wo sie von den Bildern gehen. Sie können die Bauanleitung in der neuesten Version von Lego Digital Designer mit der Modustaste oben rechts oder mit F7 (Befehl + M auf Mac) aufrufen. Es scheint, dass ein Zahnstangenteil fehlt (und ich kann nicht herausfinden, wo es fehlt) und die bewegliche Schiene misst nicht richtig in der Akte (wegen des Biegens glaube ich), aber alles passt feines einmal errichtet. Erfahrene Lego Ingenieure können wahrscheinlich einige Modifikationen oder alternative Designs finden, um die Maschine mit anderen Teilen zu vervollständigen oder zu verbessern.

Da mein 3D-Drucker nicht die hochwertigsten Drucke macht, musste ich die bedruckten Zahnstangen-Ziegelsteine ​​auf die Gleissteine ​​(kriechen, ich weiß) krachen (kleben). Einige von ihnen nahmen einige Fertigstellung, um sie fit ohne knallen die anderen ab, während sie angebracht oder während der Anker rollt über sie. Ich habe auch geklebt einige der Steine ​​in den Tracks zusammen zu verhindern, dass sie auseinander zu kommen wegen der Balance Probleme.

Das Rad auf der Rückseite der beweglichen Schiene ist für Gegengewicht und als Handgriff für manuelles Bewegen des Ankers hin und her zu handeln - es muss nicht unbedingt ein Rad sein. Das Kontrollzentrum ist auch nicht notwendig, aber der Kill-Schalter ist wichtig, wo immer Sie am Ende setzen sie.

Eines habe ich vergessen, bis ich das erste Bild genommen und fertig die LDD-Zeichnung ist das Rad in den letzten Bildern. Dies soll es dem entfernten Ende der Strecke ermöglichen, sich trotz der Belastung trotzdem zu bewegen; Ohne diese Unterbaugruppe wird das ferne Ende der Spur zu stark bewegt, um zuverlässig zu bewegen.

Schritt 4: Laserkomponenten

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Wieder hat dieser Laser das Potenzial, Ihre Augen ernsthaft zu schädigen, also Vorsicht wann immer der Laser angetrieben wird.

Hier sind die Teile, die ich verwendet:

Aus eBay:

Nicht aus eBay:

  • Standard Steckbrett
  • Großer Taster
  • Steckdraht
  • 9V Batterie

Insgesamt waren die Laser-Komponenten weniger als $ 40 einschließlich Versand und nicht einschließlich der Steckbrett, Drähte und eine Batterie aus meiner Sammlung. Das Lasermodul selbst wirkt bis zu einem gewissen Grad als Wärmesenke, aber für den erweiterten Einsatz kann sich der größere Kühlkörper als praktischer erweisen.

Die Gläser, die ich verwendete, waren ausreichend, um das Licht genug zu blockieren, um die Reflexion des Strahls zu betrachten, insbesondere wenn es unfokussiert ist, ohne irgendwelche Nachbilder oder Augenschmerzen. Ich kaufte ein 2-Packung von diesen . Es ist immer noch wichtig zu vermeiden, direkt in den Strahl schauen, da es auch mit Augenschutz gefährlich ist.

Schritt 5: Zusammenbau des Lasermoduls

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Die Laserdiode muss im vorderen Teil des Moduls befestigt werden, um eine Überhitzung zu vermeiden; Wenn es ausserhalb des Moduls eingeschaltet wird, dauert es nur ein paar Sekunden, bis es ausbrennt. Diese spezielle Diode ist eine nicht standardisierte Größe (TO-38), so stellen Sie sicher, dass Sie die richtige Modulgröße (die, die ich verknüpft, um perfekt passt).

Schrauben Sie den schwarzen Kollimatorlinsenhalter von vorne ab, um eine Beschädigung zu vermeiden. Um die Diode in das Modul einzusetzen, habe ich eine Zange benutzt, um die Kanten in das Modul einseitig zu quetschen - es passt ziemlich eng, aber sie sind so konzipiert, dass sie zusammenpassen. Es ist möglich, einen Schraubstock für diesen Schritt verwenden, aber angesichts der Größe der Diode die Zangen-Methode gibt Ihnen mehr Kontrolle und Präzision.

Für die Drähte verwendete ich nicht Lötmittel für 3 Gründe: in erster Linie sind die Anschlüsse auf der Diode ziemlich klein und ich habe nicht viel Erfahrung mit dem Löten. Zweitens, nach der Auflistung bei eBay, die Diode selbst ist wärmeempfindlich und könnte leicht durch das Eisen oder möglicherweise das Lötmittel beschädigt werden. Schließlich funktionierte mein Lötkolben nicht richtig und ich hatte keine Chance, einen neuen zu bekommen. Ich landete mit Elektroband für alles, und es funktionierte gut. Wenn Sie mit dem Löten stattdessen bequem sind, seien Sie vorsichtig um die Diode!

Um die Drähte zu befestigen, drehen Sie sie so fest wie möglich, dann drehen Sie sie um eine weitere Leitung (wie ein Brotdraht), um eine Schleife über so klein wie die Diode führt, dann verwenden Sie eine Zange, um die Schleife kleiner zu quetschen. Zusätzlich verwendete ich elektrisches Klebeband in den Schichten, um die zwei Drähte zu trennen, um die Wahrscheinlichkeiten von ihnen Abwickeln und Kurzschlüsse zu verringern.

Um sicherzustellen, dass die Drähte innerhalb des Moduls bleiben, wickelte ich sie in einem Streifen des elektrischen Klebebandes in Richtung zum Ende der Drähte ein, damit das hintere Teil des Moduls Druck unten auf die Drähte setzt, wenn es verschraubt wird.

Hinweis: Achten Sie darauf, dass die Drähte lang genug sind, um die Rückseite des Moduls zu erreichen; Ich habe nicht wirklich berücksichtigen, bis nach dem Abschluss des Moduls und es machte es ein bisschen schwierig, den Treiber an diese Leads zu befestigen.

Schritt 6: Verdrahten des Treibers und Anbringen der Platine

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Für die Diode in dieser Anleitung bietet eine 9V Batterie die richtige Leistung. Wire es direkt an den Fahrer mit dem Schalter und dann den Treiber direkt an die Leitungen aus der Laserdiode - keine anderen Komponenten erforderlich sind. In der Tat, das Hinzufügen einer LED oder einfach alles andere wird wegnehmen Macht aus dem Laser und reduzieren ihre Wirksamkeit.

Wie auf den eBay-Seiten erwähnt, erlaubt das Potentiometer auf dem Treiber, bis zu 350 mA Strom auszugeben, aber der Laser kann nur 300 mA verarbeiten. Daher ist es sehr wichtig, das Potentiometer nicht zu weit zu drehen. Allerdings sind die Wählscheiben scheinbar defekt, da sie zu weit gedreht werden können und den Fahrer verbrennen. Um dies zu verhindern, verbinden Sie die Ausgangskanäle des Treibers mit einem Multimeter, wenn Sie den Ausgang einstellen und den Ausgang auf etwa 280-290 mA einstellen, und er bleibt ziemlich konstant.

Anmerkung: das Multimeter, das ich verwendete, würde nicht vorbei 200 mA zeigen, also bin ich noch nicht sicher, wie viel Energie mein Laser erhält. Was ich tat, ist, den Punkt auf dem Potentiometer zu finden, wo er 100 mA ausgeben würde, drehe ihn auf etwa 200 und drehe ihn dann nochmals um die Hälfte wieder um. Das lag bei ca. 250 mA.

Beachten Sie auch: Der IC auf dem Fahrer und gegebenenfalls die Transistoren wird ziemlich heiß werden , wenn der Laser eingeschaltet ist. Ich habe gelesen, dass es nicht notwendig ist, einen Kühlkörper für den Fahrer zu verwenden, aber es würde nicht schaden, ein Sinken für es nur für den Fall haben.

Sobald der Treiber richtig verdrahtet ist, schieben Sie die Steckbrett in die Stelle, die im 3. Bild gezeigt wird.

Schritt 7: Anbringen und Kalibrieren des Lasermoduls

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Trotz der Arbeit mit Legos seit über 10 Jahren habe ich noch nicht ganz die Terminologie perfekt, so dass ich hoffe, dies ist nicht zu verwirrend.

Auf der dargestellten Baugruppe die 2 Halter von den horizontalen Stiften entfernen und die Stifte durch die vorderen Löcher des Kühlkörpers schieben und die Halter wieder anbringen. Dann befestigen Sie das flexible Stück / Ersatz an beiden der 1x2 Platten mit 1 Bolzen auf der Oberseite, Gewinde es durch die Löcher in der Rückseite des Kühlkörpers. Fügen Sie das Gummiband für zusätzliche Unterstützung, wenn das flexible Stück herauskommt.

Sobald die Wärmesenke sicher ist, schieben Sie das Lasermodul durch die Längsbohrung, so dass sich das Modul gerade über die Unterseite des Kühlkörpers hinaus erstreckt und der schwarze Linsenhalter zugänglich ist. Die Leitungen von der Rückseite des Moduls an die entsprechenden Leitungen von der Treiberplatine. Der Laser wird nun mit der Schaltung verbunden. Vorsicht beim Arbeiten!

Damit der Laser während der Bewegung ein Objekt brennen kann, muss der Fokus des Strahls auf den Abstand eingestellt werden, den die Diode vom Werkstück hat. Es ist immer noch in der Lage zu brennen, wenn der Strahl ist etwas unscharf, aber um es tatsächlich richtig verwenden, sollte es richtig fokussiert werden. Um dies zu tun, während Augenschutz tragen, drehen Sie den Linsenhalter , bis der Strahl in einen so kleinen Punkt verengt wie Sie bekommen können. Wenn Sie es auf Holz testen, wird es wahrscheinlich ein bisschen rauchen zu diesem Zeitpunkt. Testen Sie, dass es ausreichend fokussiert ist, indem Sie das Holz unter dem Laser bewegen und auf eine Brandmarke des Pfades achten, den der Laser nimmt. Wenn es während des Bewegens nicht brennt, justieren Sie es hin und her, bis Sie ein besseres Ergebnis erhalten.

Sicherheitshinweis: Da der Laser fast sicher nie am Linsenhalter fokussiert ist, ist es wahrscheinlich relativ sicher, den Linsenhalter mit den Fingern zu verdrehen, während der Laser eingeschaltet ist. Um auf der sicheren Seite, aber ich würde empfehlen, nur anzupassen, während der Laser ausgeschaltet ist und testet es zwischen den Einstellungen, oder auch mit einer Zange, um den Halter zu verdrehen.

Wenn alles glatt gegangen ist, bist du jetzt mit dem Hardwareteil dieses Instructable fertig!

Schritt 8: Programmierung

Leider habe ich an dieser Stelle noch keine Möglichkeit gefunden, einen G-Code zum NXT-Ziegel hochzuladen, damit jede Bewegung der Maschine manuell über das Mindstorms-Programm oder ein anderes mit NXT kompatibles Programm programmiert werden muss. Ich werde auf der Suche nach einer Möglichkeit, G-Code in der Zukunft verwenden, oder wenn jemand weiß, wie dies zu tun, lass es mich wissen!

Günstigerweise bewegt eine Vierteldrehung des Motors unter dem NXT den beweglichen Arm ungefähr 3/8 Zoll unter den richtigen Umständen. Ich stelle diese Bedingung dar, weil, wenn das entfernte Ende des beweglichen Arms zu viel schleift, es von der anderen Seite versetzt werden kann und der bewegliche Arm in einem Winkel ist. Das Verhältnis ist für die zweite Achse ungefähr gleich. Langsame Geschwindigkeiten helfen, das Drehmoment zu erhalten und halten die Zahnräder auf dem Gestell, ohne zu viel Widerstand.

Der Laser wird durch Drehen des Motors an den "Arm" oberhalb des Knopfes auf dem Steckbrett zu dem Punkt aktiviert, an dem er gedrückt wird. Wann immer Sie den Laser im Programm drehen möchten, drehen Sie diesen Motor genug, so dass er versucht, über den Knopf zu gehen und ihn dann dort zu halten. Um es auszuschalten, drehen Sie die entgegengesetzte Richtung oder (abhängig von der Taste und Stärke des Gummibandes) einfach den Motor ausschalten. Ein Not-Aus ist auch eine nützliche Funktion, so auch eine Power-Off-Funktion durch Drücken der Taste ausgelöst.

Für vertikale und horizontale Linien programmieren die Motoren, um einen entsprechenden Teil einer Drehung zu drehen; Für diagonal, beide motoren gleichzeitig mit verschiedenen geschwindigkeiten drehen. Ich bin immer noch herauszufinden, wie man Kreise zu tun, aber ich denke, sie werden etwas wie diagonale Linien erfordern.

Schritt 9: Verbesserungen und Schlussfolgerungen

Die Genauigkeit des Gravierers könnte möglicherweise durch ein anderes Antriebszahnrad und eine Zahnstange auf der anderen Seite des beweglichen Arms verbessert werden, obwohl dies möglicherweise mehr Stücke erfordert, als in den beiden Mindstorms-Kits enthalten ist. Auch ein G-Code-Interpreter für NXT wäre eine fabelhafte Erweiterung zu diesem Projekt, und ich werde hoffentlich versuchen, etwas dazu zu bringen.

Wie ich bereits erwähnt habe, hat diese Maschine einige Probleme. Es ist nicht schrecklich stabil, kann ungenau sein und dauert eine Weile zu programmieren. Aber für alle, die an Lasern, CNC und / oder Lego Mindstorms interessiert sind, ist es ein großartiges Projekt, etwas zu lernen und mit allen drei dieser Felder zu beginnen. Plus, es ist Legos, die sind genial und leicht erweiterbar, so dass Verbesserungen leicht zu machen sind.

Und das ist es! Vielen Dank für die Zeit nehmen, um durch diese Instructable lesen! Ich hoffe, alles ist klar für alle Gebäude dieser Maschine und wenn Sie irgendwelche Fragen Ich werde mein Bestes tun, um sie zu beantworten!

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