Makerbot Replicator 2x – del 2

Nå… Der er løbet en del vand i åen siden sidste post om den semidefekte Makebot jeg har lånt af Henrik…

Som jeg skrev i sidste del sad jeg lidt fast i at tråden blev “afbarket” fra tid til anden. Jeg søgte hjælp i facebookgruppen “3D-printere i Danmark” (link). Blandt de mange gode tips havde jeg desværre allere prøvet de fleste – men der var dog nogle enkelte nye:

Rens dysen Jeg manglede 0.4mm bor – se herunder
Juster extruderen Allerede prøvet flere gange
Prøv at køre noget filament igennem systemet uden dysen og mærk om der er nogen steder den binder Ikke er i stand til at afmontere dysen 🙁
Kontroller køling på hotenden Oups! Se herunder…
Løsne tandhjul i fremdrivningsmekanismen så tråden ikke deformeres så meget Det blev det bare meget værre af…
Kontroller lineren (plastik slangen) fra spolen til extruderen for “for meget” friktion. Testes ved at fjerne slangen og sørge for at der aldrig skal “trækkes” i tråden Ingen ændring desværre – men noget af en Storm-P opstilling
Lav en custom profil i Makerbot Desktop: 0,2mm layer, 40mm/s og 220-240gr Jeg har prøvet et hav af kombinationer…
Kontroller at varmelementet har god kontakt til blokken – er fastspændt Ser ok ud – kontrolleret fastspænding
Kontroller at termistoren (føleren) sidder korrekt i blokken brugt jeg lidt kølepasta Ser ok ud – jeg har haft den ude og i igen
Kontroller at dysen har god kontakt til blokken – noget kunne tyde på at dysen ikke kan trække varme hurtigt nok “ned fra blokken” – derfor start med lav hastighed Så vidt jeg kan se er der fin kontakt. temperaturen ser stabil ud – jeg tror ikke det er her det ligger
Dysen burde kunne løses når den er varmet HELT op, så preheat den til 230-240 grader så burde den komme løs. Du knækker den hvis den ikke er varm Jeg har ikke turdet det endnu – venter til det er sidste mulighed
Kontroller at temperaturen er stabil hele tiden. Stopper den ved store flader, eller ser det total tilfældig ud? Det ser helt stabilt ud
Prøv en anden filament, måske bare en alm. neutral ABS, eller sort ABS Det vil jeg overveje hvis alt andet svipser
Undersøg om røret ned til dysen er fyldt udbrændt filament – der kan komme små kager med gammel fialment ned og blokere dysen – køb nyt rør + dyse Jeg har forsøgt at rense den så godt jeg kan med den metode hvor man presser filament ned i kammeret og trækker det retur med skidt på. Jeg har også prøvet med reduceret tempeartur – altså temp= høj, tråd i, køle til 165gr, tråd ud. Det gav ikke noget som helst.

Rens dysen

20160307_210315

Jeg bestilte nogle bor på nettet – men endte med at vente forgæves på en elendig leverandør. 20160307_210336Til sidst fandt Henrik nogle bor – og jeg fik renset dysen. Og der var faktisk ret meget skidt i dyserne – jeg var faktisk næsten ikke i stand til at presse
boret igennem til at starte med. Efter
nogle forsøg lykkes det at få renset hullet op. De første forsøg derefter virkede lovende.

Køling af extruderen

Et af forslagene var om extruderen blev kølet nok. Ud fra den tanke at hvis tråden helt oppe i extruderen bliver varm så kan den blive blød og derved nemmere blive “afbarket”…
Efter at have renset dysen med et bor ville jeg lave et lidt større print som test. Men jo længere jeg printede jo mere blev modellen “blød i knæene”. Jeg gav mig til at se nærmere på det – og sørme om blæseren ikke kørte på den extruder der IKKE var i brug! Nå – skrue-skrue… OG – utroligt – endnu en fejl… I et af mine mange adskille/samle processer var jeg kommet til at vende kølepladen forkert så den flade side vendte mod blæseren. Dvs. blæsere blæste lige ind i en lukket flade – resultat 0 luftflow og 0 køling…

20160307_211054

Pis og papir!

Endelig var jeg så klar til at give den gas. Jeg satte et nyt print i gang – og pludselig lukkede printene ned og pc’en dingede løs med USB-found / removed i et væk. Jeg fik slukket i en fart. Da jeg startede op igen var betjeningspanelet gået i spunk – “pil-ned” sad fast… Altså umulig at betjene.

PIS!

Nå – skrue-skrue-skrue – ud med display assembly. Det viste sig at uden tastatur-printet holdt “pil-ned” stuck op – men til gengæld spillede den en sang om hvor dårlig en ide det var at tage keyboardet af…

Nå – jeg prøvede om jeg kunne tilslutte USB og printe – og det kunne jeg! Så jeg nåede at printe to 2x2x2cm terninger – på hhv. lav og medium kvalitet før noget gik galt og den tredje terning (på høj kvalitet) endte som en klump krøllet tråd.

Og så sad jeg fast igen – uden keyboard ingen muligheder for at loade filament igen 🙁

Det skal åbenbart ikke være nemt…

Nyt keyboard

Jeg bestilte et nyt tastatur hjem… Og nu kører menuen hele tiden op…  🙁

Jeg vendte printeren på siden og kiggede på controlleren… Og det så faktisk ikke så godt ud! Der var et brændt område på printet lige ved USB connectoren.

20160219_173315

ØV ØV ØV.

Nå – det ser ud til at en ny controller er påkrævet. Men nu har vi lige skrevet til Makerbot så må vi se hvad der skal ske…

 




Støbning i aluminium – del 2

20160213_115720Efter mit sidste forsøg med en rusfri smeltedigel har min far lavet en ny i damprør. Damprør er rør i sort stål, uden svejsesøm og med større godstykkelse. Som navnet antyder er de rated til højt tryk. For mig handler det mest om at lande i sort stål. Den øgede godstykkelse er dog nok godt for holdbarheden…

Røret har en indvendig diameter på 67mm og en godstykkelse på 4mm.

Så – jeg gav det et skud mere. 15 minutter i grillstarteren og så i ovnen.

20160213_124837

Efter ganske få minutter var smeltediglen varm og åd aluminium i overraskende tempo!

20160213_125631

Så – efter en times indsats var høsten en stak alu-cup cakes…

20160213_130943

Så nu er jeg klar… Skal bare lige have lavet en støbeform…

 




Støbning i aluminium – del 1

For nogen tid siden ville jeg bygge en styring til min røgegrill så jeg slipper for at holde øje med den i de 12-16 timer den arbejder. Projektet er ikke rigtigt startet endnu fordi jeg fandt ud af at jeg skulle bruge en stump aluminiums-rågods i en størrelse som jeg ikke har på lager… Og det var liiiige der projektet tog en drejning :-). Jeg ville nemlig smelte sodavandsdåser og støbe et råemne at bearbejde. Og så var det som om jeg glemte det oprindelige projekt i kampens hede…
20150711_165041Jeg begyndte at samle dåser og fik for nogen tid siden fat i en smeltedigel min far havde liggende. Jeg byggede en ovn af gamle fliser og fyldte den med grillkul. En blæser sætter skub i varmeudviklingen. Og det virkede – det tog godt nok 100 år inden den blev varm nok – men da først det lykkedes fik jeg smeltet alu nok til et par cup-cakes 🙂

20150711_194146Det første jeg smeltede var nogle alu-spåner jeg fik i fødselsdagsgave 🙂 (ja den er god nok). Derefter en del dåser. Udfordringen med dåserne er at de udvikler en del “slagger” – aluminiumsoxid – som man skal “skimme af” for at nå ned til den rene aluminium.

De færdige alu-cup cakes er nemme at bruge når jeg er klar med støbesand og model senere.

20151122_195903Nå – men opvarmningen må kunne gøres bedre. Knægten faldt over en youtuber der også havde smeltet aludåser. Han byggede en ovn til grillkul (ikke briketter) og var tilsyneladende i stand til at smelte dåserne hurtigt efter at være blevet tændt… Youtuberen hedder “King of Random” og laver alle mulige tossede (læs nørdede) ting – han kan anbefales 🙂 (link).

20151122_195953Min kammerat, Henrik, skaffede mig et rør med bund i rustfrit stål. Han lavede bunden meget tyk for bedre at holde på varmen så man har længere bearbejdningstid efter den er fjernet fra ovnen. Jeg borede et par huller og tilpassede et par gamle ståltråde fra cykeleger som løfte- / hælde-grej.

Jeg støbte en ovn i gips  og borede et rør ind gennem siden til lufttilførslen.

20151122_195913

20151212_122140Og det gik fint med at varme ovnen op. Lidt for godt faktisk. Pludselig smeltede der hul i den rustfri smeltedigel!

 

20151212_122834

Vinkelsliberskiven brugte jeg som låg til at holde varmen inde med. Den klarede opgaven overraskende godt.

Jeg kan ikke forklare hvorfor det rustfri stål smeltede. Det har et smeltepunkt omkring 1300 grader. Så varmt kan det da næppe være blevet dernede. Så min teori er at aluminum’en er gået i forbindelse med nogle af de metaller der er i det rustfri og har sænket deres smeltepunkt – hvilket så har ledt til hullet i diglen. Luftrøret kunne heller ikke holde til mosten…

20151226_200352

Nå… jeg skal have fundet en ny smeltedigel – helst i keramik. Jeg har fundet et sted at købe støbesand så nu skal jeg bare have fræst eller 3d-printet en model at støbe efter.

Mere herom i en endnu ikke skrevet “del 2” 🙂




Makerbot Replicator 2X – del 1

Min kammerat Henrik kontaktede mig for nylig. Han havde en Makerbot Replicator 2X 3d-printer som han havde lidt bøvl med (og som han ikke selv har haft tid til at få bugt med). Printeren har virket fint men i forbindelse med eksperimenter med billigt filament (plastiktråd) opstod der problemer.

20151114_171843

Faktisk har jeg ham mistænkt for at låne mig printeren med det formål at dæmpe min utålmodighed indtil mine egne printere kommer fra kickstarter-projekterne… Meeen – uanset baggrunden så tager jeg selvsagt gerne udfordringen op :-).

Henrik er produktionschef på en maskinfabrik. De bruger 3d-printeren til at printe kundernes emner så de kan få dem i hånden og dermed lettes opgaven med at programmere bearbejdningscentre og robotter da det er nemt at se om der er plads til værktøjer og gribere.

Makerbot tyder på at være et godt sted at starte for en 3d printer newbie… Der er et hav af guides – faktisk så mange at det er helt uoverskueligt. Jeg fik dog installeret Makerbot Desktop – og så blev det hele faktisk ret hurtigt overskueligt igen. Der er indbyggede guides til alt muligt – så jeg startede med “Startup Process”. Faktisk er der nok primært to problemer – det kræver en større ombygning at få den til at køre med PLA – og så koster den spidsen af en jetjager…

Startup process

Det første man skal er at kalibrere planet. Til det skal man bruge et pap-kort som nok følger med maskinen. Da jeg ikke lige havde det googlede jeg og der var heldigvis nogle venlige sjæle der afslørede at tykkelsen af kortet er 0.1mm. Bagefter fandt jeg selvfølgelig kortet…

Levelling processen hvor man justerer tre punkter to gange og sidst kontrollerede med et 4. punkt virkede rigtigt fint. Eneste udfordring er at de to dyser ikke sidder i præcis samme højde – så når jeg justerer den ene til at passe er den anden enten for tæt på bordet eller for langt fra. Jeg forsøgte mig med et kompromis…

Første print… troede jeg…

Jeg havde desværre ikke de originale test-prints liggende på et sd-kort som det beskrives i vejledningen og de prints der lå der vidste jeg ikke hvad var… For at undgå at gå lige på med et “rigtigt” print fandt jeg i menuen af man kunne køre en nozzle test. Den lavede nogle streger på bordet – godt nok kun med den ene dyse – men så var vi da i gang. Jeg havde dog en fornemmelse af at kun nogle af stegerne kom ud på bordet – så jeg fandt en guide til at rense dysen. Det er noget med at presse filament igennem med hånden, trække filamentet ud og klippe rent. Gentag flere gange og og gradvist temperaturen til 260gr. Det virkede faktisk somom det hjalp – når jeg kørte “load filament” så kørte den fint filament ud.

Jeg prøvede med et af de print der lå på kortet – og det så faktisk ud til at køre… men kun i nogle få minutter – så kom printet til at se således ud:

20151113_203831WIN_20151113_20_37_50_Pro

Fejlfinding…

Hmmm – først troede jeg det ikke ville binde – men kort efter gik det op for mig at der slet ikke kom plast ud af dysen efter lidt tid… En ny renseproces gjorde at det igen virkede de første par lag.

WIN_20151113_20_51_56_ProNår jeg kiggede på filamentet efter at have unloaded extruderen – så var der tydeligt at drevet – de tandhjul der driver filamentet frem gnaver sig ind i filamentet – og når først det har gravet et hul – ja så er der ikke meget til at skubbe filamentet igennem længere…

Jeg rensede dysen igen igen – og lod den køre lidt længere i load processen. Jeg bemærkede en let spruttende lyd fra extruderen – jeg ved ikke om det er et problem – men jeg kan ikke lade være med at tænke at der er fugt i filamentet… og at det næppe er hensigtsmæssigt.

WIN_20151113_20_53_56_Pro

 

En gang i mellem – hver 5-10 cm der kommer ud af dysen kommer der nogle små knæk og deformiteter i det extruderede filament – som det kan ses på billedet.

Jeg tænkte at den spruttende lyd kunne være problemet og prøvede derfor at bytte om på de to ruller filament. Den “anden” som nu kom i spil var en billig rulle. Og det hjalp da overhovedet heller ikke. Tvært imod så stoppede extruderen helt til så jeg slet ikke kunne få den til at køre…

Så – jeg googlede “clogged extruder” – og fandt en guide fra makerbot:(linket er knækket…)

20151114_095708

20151114_095718

20151114_123416

Oups…. 🙁

Efter rengøringen fandt jeg en guide hvor der var en beskrivelse af hvordan man afmonterer dysen og renser den for aflejringer. Den skulle jeg så ikke have fulgt – for i hvert fald ødelagde jeg keramikken om varme-elementet:

20151114_095539

20151114_100124

Bagefter faldt jeg over en do’s and dont’s guide (Link)… det havde været smart at læse den inden jeg forsøgte at rense dysen. Der står blandt andet at keramikken er skrøbelig (jeg havde ikke opdaget at det var keramik) og at man ikke bør pille dysen ud da der er stor risiko for at rive gevindet i stykker… Den del nåede jeg så heldigvis ikke til.

Nå – men jeg fik den limet sammen. Jeg regnede med at det var et midlertidigt fix indtil jeg kan finde en ny keramik-dims – men det viser sig at det ikke kan fås som reservedel – så højtemperaturlim og kaptontape er blevet en fin løsning.

Luftretning…?

20151114_123230Da jeg samlede stumperne igen gik det op for mig at der i alle samlevejledningerne står at label’en på blæseren ikke må være synlig – og det var den her… (beklager det uskarpe foto). Om man kan se label’en eller ej betyder om luften blæser den rigtige eller forkerte vej. Det kan (i det mindste teoretisk) gøre en ret stort forskel for hvor stor køleeffekten er.

Det var reelt den eneste “fejl” jeg fandt undervejs… om den betyder noget ved jeg ikke – men de er nu vendt “rigtigt”… 20151114_160816

Niveauet af de to extrudere var ikke helt den samme – og jeg havde ikke den originale dims til at justere efter. Det er en plastik dims – så jeg tænkte den kunne printes… Når altså printeren virker igen :-).

Første print… igen…

2015-11-14Jeg tænkte at med den ny-samlede printer måtte et forsøg være på sin plads. Jeg fandt en skakbrik i Makerbot Desktop og rodede rundt indtil jeg fandt en knap hvor jeg kunne vælge at printe med den venstre dyse. Det lykkedes – selvom det ikke er særligt intuitivt. Til andre der tænker det samme så er metoden at trykke på info-knappen til venstre, vælge select all og så vælge venstre… Idéen er at man kan lægge flere modeller oven i hinanden og så printe dem med hver sin dyse så man får flerfarvede prints.

Men pyt – den tid den sorg…

Jeg fik den sat i gang direkte fra pc’en med usb – og modsat tidligere så tyggede den lystigt videre efter de første par lag…

20151114_170029

Og sørme om det ikke lykkedes!

Den hæfter perfekt til bordet. Bordet er i øvrigt en heatbed dækket af højtemperatur tape (kapton tape). Det virker perfekt.

20151114_175004Jeg brugte en malerspatel til at liste emnet frit af bordet. I Makerbot Desktop havde jeg valgt at printe en “Raft”. En raft er et lag der printes for at sikre god vedhæftning til bordet – og som emnet så printes oven på. Jeg var spændt på hvor svært det ville være at fjerne raften fra det færdige emne – men det var absolut intet problem. Det er vildt imponerende.

20151114_175047

Og det færdige resultat:

20151114_174854

Den opmærksomme læser vil straks bemærke at printeren har problemer med at printe “ud-ad”. Det vil jeg lige forske lidt mere i på et tidspunkt…

Det andet print – troede jeg…

20151115_161735Med min nyvundne selvtillid ville jeg prøve at printe noget større. I praksis endte det med at jeg valgte at printe flere emner samtidigt. Ret nemt i Makerbot Desktop. Bare importere nogle flere STL’er, placere og rotere dem efter behov og tryk print.

Og printes skulle der. Raften blev pæn – men så sluttede festen også… 
20151115_164931

Men hov!!! Det var jo præcis det fænomen jeg havde fra starten af… Jeg troede først at det skyldtes for store emner hvor laget bliver for koldt inden det næste lag bliver sat på. Så måske højere temperatur eller mindre emner løser problemet. For ikke at pille ved for mange parametre ad gangen så fjernede jeg de ekstra emner og printede kun et emne. Med præcis samme resultat!

Lige inden jeg ville sætte temperaturen op og prøve igen kom jeg i tanke om at jeg i min ubetænksomme iver havde sat kvaliteten op til “high”. Der var nogle tandhjul der sikkert godt kunne tåle høj kvalitet. Høj kvalitet betyder for makerbot 0.1mm lagtykkelse (og en anden slicer hvad det så end betyder for resultatet). Jeg kom til at tænke på om lille lagtykkelse mon giver for meget modstand – og dermed kan forårsage jam af extruderen.

Så… uden flere svinkeærinder satte jeg maskinen i gang med samme print – men nu på “standard” kvalitet – og 0.2mm lagtykkelse. Samtidig googlede jeg fænomenet og faldt over flere der mener at det slet ikke er muligt at printe 0.1mm lag med ABS – det er simpelthen for tykflydende. De oplever det samme – tråde der ikke vil hæfte og en extruder der stopper med at føde filament. Det skulle heller ikke hjælpe at øge temperaturen (link). En snak med Henrik modsagde dog mine internet-konklusioner. Han havde brugt den i high quality mange gange inden problemerne opstod.

Resultatet var markant bedre end med 0.1mm lagtykkelse – men stadig ikke specielt imponerende – ja faktisk ret ringe… Printet stoppede inden det var færdigt og modellen delte sig i tre dele. Det var som om et par af lagene var blevet sprunget over…

20151115_184910 20151115_184941

Jeg fandt i processen også denne artikel (link) der beskriver en masse praktiske detaljer om at printe i ABS. Det er til syneladende en del sværere end at få succes med PLA… Da udfordringer ser ud til at handle om at lagene ikke hænger ordentligt sammen, vil jeg eksperimentere med at øge temperaturen og reducere hastigheden.

Dagen efter satte jeg kvaliteten yderligere ned til “low” (ændrede dog in-fill til 20%) – og prøvede igen. Med bedre sammenhængskraft.

20151116_210904

Vi havde ikke en flaske med kapsel i huset – så vi kunne desværre ikke teste styrken 🙂

20151116_212929Sidste test var at prøve igen med tandhjulene (dem her: link). Originalen er dog for stor til printeren – jeg jeg besluttede mig for at skalere dem til 30%. Bagefter kan jeg godt se at det nok ikke var en god ide – tænderne bliver meget små på den måde… Men det virkede faktisk nogenlunde efter hensigten…

20151116_213053

Jeg har mekanismen til at skubbe tråden igennem mistænkt for at være kilden til problemerne. Men hvorfor er det så det samme med begge extrudere…? MYSTISK…

Justering af dysehøjden

Det undrede mig at der var problemer med begge extrudere, så jeg besluttede mig for at gå tilbage til den første extruder igen. Meeen – som nævnt er de to dyser ikke i samme højde. For at opnå det har jeg brug for et særligt værktøj som (måske?) følger med printeren. Da jeg ikke har det tool – men har en 3d printer – ja hvad er så mere naturligt end at printe en ny 🙂

Jeg fandt den på thingiverse (link). Så efter ca. en time var jeg klar til at justere platformene. Det viste sig dig at toolet ikke passede i højden til Replicator 2 hvilket jeg dog kunne kompensere for med nogle afstandsklodser. Og det kan jeg godt sige ikke er så nemt som det lyder. Det lykkedes nogenlunde – men skulle jeg gøre det igen så ville jeg nok lave et tool i metal.

Det lykkedes både at printe værktøjet og at få justeret dyserne. Men det er ekstremt ustabilt – det er mere held end forstand at få et print til at lykkes.

Flere forsøg

Den mængde materiale der trykkes ud hver gang extruder-motoren har kørt et givet stykke afgøres af diameteren på tråden. Det er tilsyneladende en meget følsom parameter som man bør måle og indstille helt præcist hver gang man skifter spole. Jeg målte de to spoler jeg havde fået med printeren. Målt med micrometerskrue 4 forskellige steder på hver spole – ja så ligger de helt ens på 1.76mm. Så det har jeg indstillet. Default var 1.77mm – men jeg tror næppe at den sidste 1/100 del mm har en betydning… Det gav heller ingen ændring.

Jeg adskilte også extruder gearet ad og strammede fjederen. Hold da k… noget billigt pis. Fjederen ville blive kasseret i det meste crap fra kina. Men det virkede nu ikke som om det var der problemet lå – så jeg strammede den og samlede det hele igen. Ingen ændring i situationen.

Efter utallige forsøg – herunder at sætte printeren på gulvet så underlaget er helt stabilt – må jeg erkende at jeg er løbet tør for gode idéer.

Summary

Situationen er at “noget” gør at der på et tidspunkt holder op med at komme plastik gennem dysen. Om det er fremdriftmekanismen (tandhjul/fjeder) eller skidt i dysen eller dårligt filament.. I do not have the slightest clue…

Mit sidste forsøg er at rense dysen med et 0.4mm bor – som jeg har bestilt hjem. Derefter er jeg blank…

Såeeee… jeg kunne rigtigt godt tænke mig noget feedback her… Anybody…?

Jeg satser hele butikken på at nogen kan hjælpe – og kalder dette indlæg for “del 1” 🙂




Lasergraveringsmodul til cnc-fræseren

2015-03-01 17.09.31I 2013 hægtede jeg mig på et Kickstarterprojekt – Microslice (link). Microslice er en laser graveringsmaskine. Jeg købte “PowerUp” versionen med en 600 mW rød laser. Den har et lille fint x-y-bord på ca. 10×15 cm. Den er helt super til at gravere læder og træ. Den kan skære papir og 2 mm skum – men så er grænsen også nået…

Men 600 mW optisk effekt og skære i papir er jo ligesom kun lige nok til at gøre mig nysgerrig :-). Samtidig er de 10×15 cm lidt småt – når jeg nu alligevel har cnc-fræserens x-y-bord tilgængelig. Såeeee… Mer’ vil have mer’…

Laserdiode

En lasers effekt opgives som “optisk” effekt. Grunden til at det har betydning er at at der går en hel del effekt tabt i varmetab i diode og linse.

Der findes forskellige typer af lasere. De kraftige lasere i professionelle laserskæremaskiner er af typen CO2-lasere. De er ret dyre og kræver selvsagt store strømforsyninger. Og ikke mindst store sikkerhedsforanstaltninger.

De mindste professionelle laserskæremaskiner har en 20W laser. Det er nok til at skære omkring 3mm krydsfiner og 8mm akryl.

En mere moderat og tilgængelig klasse af lasere er LED-lasere. Altså kraftige lysdioder som er fokuserede og yderligere fokuseres med en linse. Med en blå LED-laser på et par Watt bør det være muligt at skære 1-2mm krydsfiner og 1-2mm akryl.

Der findes lasere med alverdens forskellige bølgelængder. Bølgelængden kan konverteres til en farve (for de synlige bølgelængder) som det ses her:

Lys ved forskellige bølgelængder har forstellige evner til gravering og skæring. Det siges at en tommelfingerregel er at højere bølgelængder er bedre til at skære… Blå skulle være den dårligste da den har en firkantet stråle mens grøn skulle være bedre da den har en fokuseret rund stråle. Desværre er det svært at skaffe kraftige røde dioder. Grønne har jeg slet ikke set – så hvis man skal op i effekt er det de blå man ender på… Og så er jeg lige nødt til at fyre en disclaimer af… Min viden er baseret på yderst tvivlsomme kilder i de skumleste afkroge af nettet 🙂

Hvis man skal skære skal emnet være i stand til at opsuge energien – og ikke reflektere den. Matsort overflade er optimalt. For at sikre at temperaturen kommer højt nok op til at smelte / brænde emnet skal emnets varmeledningsevne være lav. Og så skal strålen selvsagt være meget fokuseret.

laserJeg fandt en 1.8W 445 nm (blå) laser på ebay. Den kan vist ikke fås længere – linket er dødt (dette link er til en der ligner…). Til gengæld har en kollega netop købt en 3W blå laser… Jeg er en lille bitte ubetydelig smule misundelig 🙂

Linsen har ret meget at sige for den optiske effekt – altså hvor meget af den optiske energi der når ned i emnet. Linserne klasificeres G1, G2 eller G3. G1 er det bedste – og dyreste. Jeg valgte en model med G2-linse.

Desuden har det ret stor betydning om laseren er en A-sortering eller en uspecificeret. De usorterede yder ofte markant under den specificerede optiske effekt (skriver mange på nettet).

Jeg købte et komplet modul med laser, linse og hus for at være sikker på at delene passer sammen, er aligned og fokuseret korrekt.

Laseren kan levere 1.8W optisk energi – og får man fat i et datablad vil det fremgå hvordan man omsætter diodestrømmen til optisk energi. Det er desværre ikke tilgængeligt på den jeg har købt. I stedet er der en række skærmbilleder hvor man kan se den målte optiske energi og den tilsvarende strøm… Ikke særligt professionelt… ved 1.8W optisk ser det således ud som på billedet her – altså 1.6A og 4.7V spændingsfald.

Beskyttelsesbriller

Beskyttelsesbriller er vigtige… meget vigtige…

Øjne kan ikke holde til ret meget lys. På Wikipedia er der en artikel om netop det (link). Øjnenes evne til at modstå lys varierer med bølgelængden og hvor længe øjet er udsat for påvirkning. Det måles i MPE (maxiumum permissable exposure) som eksempelvis kan udtrykkes i W/cm2 i forhold til tiden i sekunder som det ses i grafen. Lad os tage en 0.6W laser der er defokuseret så den dækker 1 cm2 (diameter på ca. 1,1cm). det betyder at der er 0,6W/cm2. Med en 440 nm laser kan øjet holde til det i rundt regnet 1us (microsekund) – altså i et milliontedel af et sekund! Hvis vi vender det om og spørger hvad øjet kan holde til hvis man er udsat for det i et halvt sekund – så er det ~5mW/cm2.

Så – med en 1.8 W laser der er fokuseret på måske 0.1 cm2 så skal man kort og godt sørge for at den aldrig kommer i nærheden af øjnene! I parantes bemærket så skal den sådan set heller ikke i nærheden af andre dele af kroppen…. Den kan give nogle fæle forbrændinger.

Reelt er det heller ikke direkte lys jeg er nervøs for. Det der er mere reflektioner. Der er meget metal i fræseren og rammer laseren et stykke nogenlunde blankt metal så kunne man godt frygte at det ikke var helt ufarligt at få det i øjnene. Der er dog flere formildende faktorer. Dels afsættes en del af energien i det den rammer – der er ingen optimale spejle så en stor del af energien går tabt der. Dels er overfladerne ikke polerede hvilket betyder at strålen vil spredes hvilket reducerer effekten per areal. Endelig er jeg normalt mindst 50 cm væk – ofte mere. På den afstand er spredningen ret stor – så der er ikke meget energi tilbage i lyset. Det ændrer dog ikke noget ved at man under uheldige omstændigheder kan risikere en koncentration der er højere end det øjet kan holde til.

Og det er her sikkerhedsbriller kommer ind i billedet.

Det bedste er at finde nogle briller er godkendt efter EN207 eller ANSI Z 136. Forudsætningen er dog at man finder en leverandør man kan stole på. Faktoren OD – optical density – fortæller hvor kraftig en laser brillerne kan blokere for (link). OD beskrives også som “Ln” hvis der specificeres efter den europæiske standard. I den europæiske standard skelnes desuden mellem continuous (markeret med “D”), pulsed (markeret med “I,R”) og ultra short pulses (markeret med “M”). OD kan omsættes til den maksimale effekt brillen kan beskytte mod. Denne beregning afhænger af hvilken båndbredde og lysmønster brillen skal beskytte mod. For continuous blå lasere omkring 450 nm gælder:

P = 1×10OD+1 W/m².

Så en brille med OD6 kan beskytte mod et direct hit fra en 10 W laser der er fokuseret på 1 mm2. OD5 kan til gengæld klare det samme for en 1W laser.

Der mange der skriver at de kinesiske briller reelt ikke lever op til de sikkerhedskrav standarderne stilles. Hvilket uden tvivl er rigtigt. Hvis man køber billige briller bør man måle laserens optiske effekt – og så sætte brillerne ind foran. Målet må være at ingenting slipper igennem – så vil man kunne klare et “direct hit” hvis uheldet skulle være ude… Desværre er det ret dyrt med grej til at måle optisk energi.

Man kan også vælge at købe briller som andre har testet. At stole på en test på nettet kan dog være problematisk da resultatet reelt kun kan bruges for det samme produktionsbatch som den testede brille…

Jeg købte briller på ebay inden jeg var opmærksom på detaljerne i specifikationerne (de er desværre ikke tilgængelige længere). De hører til i Kina-kategorien og er rated til OD5. Selv hvis de reelt lever op til OD5 er det ikke nok da laseren er på 1.8W. Så direkte skud ikke nogen god ide!

Jeg har forsøgt at skyde på min finger gennem glasset – og jeg brændte mig ikke men glasset blev efter kort tid ødelagt i den prik jeg sigtede på. Meeen – det er jo reelt en ubrugelig test for fingrene kan tåle meget mere end øjnene.

Da godkendte briller fra en anerkendt europæisk leverandør koster over 1000 kr har jeg valgt at leve med dem jeg har købt ind til videre. jeg vil dog begynde at kigge efter et par briller af anerkendt fabrikat – og se om ikke jeg kan finde et par til en lidt mere spiselig pris.

Driver

Laser-diode-driver-0-5A-100kHz-ANALOG-TTL-405nm-445nm-635nm-650nm-808nm-3-3-12VDriveren købte jeg på ebay (link). Det er en 0-5A justerbar driver og detaljer findes her: link. Den forsynes med 3-12 V DC. Maksimal-strømmen justeres på et potentiometer og man kan på en indgang justere mellem 0 og 100% enten ved at pulsbreddemodulere indgangen eller ved at sætte et 0-5V signal på.

Imax justeres på det lille multiturn potentiometer. Man skal være meget opmærksom på ikke at skrue for højt op da det går meget hårdt ud over laserens levetid. Det anbefales at bruge en række dioder i serie (så spændingsfaldet matcher diodens) mens man justerer. Derved kan man justere i ro og mag før man sætter den følsomme diode på. Husk at måle strømmen på diode-siden.

Forsyningen til driveren beregnes som:

Vin-min = 0,2* I + Vd


Med 4.7V over dioden ved en strøm på 1.6A fås Vin-min til 5.02V. Meeeen – en test med 5V på driveren viste at den kun kunne levere 1.2A… Så jeg skiftede til 12V og vupti virkede den som den skulle… Jeg satte et potentiometer på justeringsindgangen (0-5V) så jeg kan justere strømmen til laseren. Det har vist sig ret praktisk – især til gravering af eks. læder hvor fuld power kræver at x-y-bordet skal bevæge sig i urealistisk høje hastigheder.

Capture

Effektafsættelsen i lysdioden samt ditto i driveren skal jo bortskaffes – og ved 1.8W optisk afsættes der P=4.7V*1.6A-1.8W=5,7W i laserdioden. Bemærk at den optiske energi leveres via lyset til destinationen – så det bliver ikke til varme i laseren. Resten af spændingen (op til 12V) ligger over driveren så der afsættes P=(12-4.7)*1.6A=11,7W.

Samling…

20150627_172202Med stumperne og sikkerheden på plads er næste skridt at få det hele sat sammen. Jeg ønskede mig noget der kunne monteres i cnc-fræserens spindel og styres fra MACH3.

Jeg fandt et køleprofil fra en gammel CPU-blæser og borede et hul til laseren. Driveren monterede jeg på en lille vinkel med driverens fet transistor ned på kølepladen.

20150627_17245120150627_172213Jeg lavede et kabel ned til styreboksen hvor strømforsyningen også er placeret så det hele er fleksibelt.

Styring og software

CaptureNår man har et stykke vectorgrafik som man gerne vil gravere, så kan man bruge Inkscape med en lasergraveringsplugin. Der er lavet en særlig plugin til microslice – Det virker ret fint når man først har lært det at kende. Der er en del guides på microslice forum’et (link). Der er dog tre vigtige punkter… Størrelsen er 1:1 – så mål alting op i mm og ikke pixel eller andet. Desuden så er referencen (0,0) placeres fast i nederste venstre hjørne af arbejdsarket. Endelig så skal alle former laves om til stier – brug “Object to path” funktionen i “path” menuen.

Microslice graveringsmaskinen er baseret på Arduino board med GRBL-software (link). Der er dog lavet en speciel version til Microslice hvor z-aksen er sat ud af drift. Den kan også findes på LittleBox’s forum: link.

GRBL er et stykke embedded software der oversætter G-koder til x-y-z-koordinater. Den supporterer end-switches og er alt i alt ret gennemarbejdet. 2015-03-01 17.09.53Man sender g-koden ned til controlleren via en seriel forbindelse med et stykke software der kaldes en G-code sender. Der er forskellige muligheder og som en del af mine forsøg på at få gjort systemet stabilt købte jeg “picsender” (link) – men reelt tror jeg GRBL controller (gratis) som blev anbefalet er helt fin. Problemet viste sig nemlig at være en semi-defekt USB-port. Det tog lidt tid at finde den fejl… Desværre er GRBL controller vist stoppet fra leverandørens side – alle links er døde. Men Universal G-code sender skulle være et alternativ – som jeg dog ikke har testet (link).

Meeen – nu er der jo det ved det at jeg bruger MACH3 i fræseren. Outputtet fra Inkscape plugin’en er jo G-kode så det burde bare virke… Men G-kode der kommer ud af laserengraving plug-in’en er altså ikke kompatibel med MACH3. Efter nogle forsøg lykkedes det at fikse det:

1. kør laser engraving plugin
2. slet alle linjer med $
3. tilføj G91.1 efter G90 i toppen af filen (relative ijk ved g2/3)

Jeg endte med at ændre i plug-in’en så den ikke udskriver linjerne med $ og tilføjer G91.1 i toppen.

taaadaaah… it works…

Mit første forsøg på microslice:

20151220_173644

Og til enden af min (vores :-)) whisky tønde:

2015-03-17 18.36.59

Og en kasse til en oprykningsbog til spejderne:

20150805_174733

Hva’ ka’ den så?

Nå – men nu er laseren monteret og testet – men hvad kan den så… Altså hvad kan den skære? Jeg har lavet nogle forsøg med 1mm læder,

Materiale status billede
1mm læder 2 passes
ok
 20151225_163401
0.6mm pap (grå) 3 passes
ok
 20151225_171339
2mm pap (grå) 5 passes
ikke ok
 20151225_172305
3.5mm bølgepap 3 passes
ok
 20151225_164334
3mm masonit 5 passes
ikke ok
 20151225_165127
2mm akryl (grå) 
5 passes
50mm/s
ikke ok
 20151225_170639

Så… med andre ord – cutting potential er ret begrænset med 1.8W optisk effekt…




Hjemmebygget CNC-fræser – del 3 (software)

Der er behov for tre stykker software for at komme fra ide til fræst emne…

  1. Machine controller – det software der styrer stepmotorerne og sikrer at fræsebord og spindel bevæger sig derhen hvor det skal…
  2. 3D-CAD – computer aided design – kort fortalt et 3d tegneprogram
  3. CAM – computer aided manufacturing – et program der kan oversætte en 3d-tegning til “g-code” som er “cnc-sprog”…

De to sidste vil jeg kun gå kort ind i da det er meget afhængigt af smag og behag hvilket software man bruger. Machine controlleren er mere relevant at gå i dybden med…

Machine controller

Jeg har valgt at bruge MACH3 (link) – og helt ærligt kan jeg ikke huske om der findes alternativer… I virkeligheden var MACH3 det første designvalg jeg gjorde – og derfra fulgte valg af stepper controller og så videre… MACH3 koster lige nu $175. Min Lasergrveringsmaskine har valgt en anden model hvor en arduino udstyret med GRBL software styrer stepper driverne. Det betyder at man sender g-code ned til det lille print der så oversætter til step til akserne.

mach3

MACH3 er baseret på at styre LPT-porte (printerporte). Dødeligt umoderne – allerede da jeg lavede systemet. Men det har været tradition i mange år at gøre det sådan i hobby-systemer…

Smoothstepper er USB-baseret og virker ved at en plugin i MACH3 simulerer en parallelport og sender output ud på smoothstepper. Det er også derfor at alle porte og outputs nummereres efter port 1 og 2. Begrænsninger i hvilke pins der er inputs og outputs er ligeledes afgjort af hvad en parallelport kunne den gang de var standardudstyr…

Der findes nu alternativer – blandt andet “MACH4” som ikke er parallelport baseret. Smoothstepper kommer med en MACH4 driver på et tidspunkt… Den var ikke klar sidst jeg checkede – men skulle være på vej.

Ports and pins…

Når MACH3 er installeret og driverne oppe at køre så skal den grundlæggende konfiguration laves. Det handler i al sin enkelthed om at afgøre hvilke pins der anvendes til step/direction, endestop  og deres polaritet.

Hvis en motor kører den forkerte vej – ja så markerer man den bare som “active low” – eller bytte to ledninger ud til motoren.

Jeg har følgende tildeling af pins (og bruger kun port 1):

X step Port 1 pin 2 Active high
Y step Port 1 pin 3 Active high
Z step Port 1 pin 4 Active high
X direction Port 1 pin 6 Active low
Y direction Port 1 pin 7 Active high
Z direction Port 1 pin 8 Active high
X ++/–/home Port 1 pin 11 Active high
Y ++/–/home Port 1 pin 12 Active high
Z ++/–/home Port 1 pin 13 Active high
E-stop Port 1 pin 10 Active low
Spindle / output 1 Port 1 pin 16 Active high

Motor profile

motor-pinsNår der først er “hul igennem” til motorerne og de flytter sig når man bruger piletasterne i MACH3 – ja så skal man finde ud af hvor mange step der er per mm fremdrift på aksen og hvor hurtigt de kan køre…

Antal step per mm skal man regne ud ved følgende udregning:

StepPerMm = MotorStepPerRev * DriverMicroSteps / GevindStigning
MotorStepPerRev = 200 (1.8 gr/step)
GevindStigningXY = 3 mm/omdr
GevindStigningZ = 1.5 mm/omdr
DriverMicroSteps = 32 steps per step (sw5-8: off/on/off/on)
StepPerMmXY = 200 * 32 / 3 = 2133.33333
StepPerMmZ = 200 * 32 / 1.5 = 4266.66667

motor-speedFor at finde ud af maksimalhastighed og acceleration så sætter man et måleur op på den pågældende akse og kører så frem og tilbage i stadig højere hastighed – indtil man begynder at “mister steps”Start med lav acceleration. Når max hastighed er fundet så justeres accelerationen gradvist op til man igen mister steps. Når man mister steps er det i øvrigt meget tydeligt at høre… Mit udstyr kan køre med 800 mm/min og 50 mm/s^2 i acceleration.

Når først det virker…

4Det er ret nemt at få MACH3 til at virke – men selvfølgelig er der 1000 mulige settings som man kan bruge mange timer på at undersøge bagefter… Eks. er der en sjov lille feature som jeg skal bruge når jeg laver lasergravering fra Inkscape og den plugin der hedder “Laser Engraving”. Den genererer nemlig kurve bevægelser med absolutte IJ-koordinater hvor mit cad-program følger den G-kode der vælger mode…

Men – når først det virker så virker det kanongodt. På hovedskærmen kan man bruge piletasterne til at bevæge X-Y akserne. Page up-down styrer Z-aksen. Trykker man shift sammen med piletasterne så kører den il-gang.

Jeg bruger piletasterne til at flytte fræsehovedet til det sted jeg har lavet min CAM-programmering til at placere 0-punktet. Når man er på plads så trykker man på “zero” ud for hhv. x, y og z-akserne.

Når man skal placere et nulpunkt på kanten at et emne eller ned mod bordetm så kan man skubbe et stykke avispapir ind mellem fræser og emne. Når man ikke længere kan rykke det frem og tilbage – ja så er du nogle få 1/100 dele fra emnet.

Det er også på hovedfanen man loader en g-code fil. Bevægelserne vises i preview vinduet og det er godt til et hurtigt “sanity check”.

Hvis man går ind i CAM fanen har man mulighed for at skrive g-koder direkte. Eks. bruger jeg meget at sende x-y-z til bestemte positioner med g0 og g1 kommandoer.
eks.
g0 x0 y0 z0
g0 x100
g1 y50 f150

g0 er il-gang. g0 er bearbejdningsmovement. x-y-z komponenterne er i mm i absolutte koordinater i forhold til det programmerede 0-punkt. “f???” er skærehastigheden i mm/minut.

Man kan også selv skrive g-koderne i en tekstfil og så loade den i MACH3. Det er ind i mellem nemmere hvis man bare skal fræse en simpel profil – eks. et spor eller lignende.

3D-cad

Der er mange forskellige cad-programmer – der var ikke nær så mange da jeg startede. De gratis versioner var ikke anvendelige den gang. Så med et blik på økonomien valgte jeg “Alibre CAD”. Det var ikke gratis – men lå langt fra de “professionelle” pakker – Solid works, Autocad etc. I dag er der en del gratis udgaver som jeg tror er helt fine – FreeCAD (link), SketchUp Make (muligvis udgået – linket duer ikke mere) – og ikke mindst OpenSCAD (link). Den sidste vækker virkelig nørd-genet :-). Man skriver nemlig sin 3d-model som hvis man skriver software… Et sprog der nok ikke er helt nemt at lære…

Nå – men jeg holder mig foreløbigt til den jeg har betalt for. Alibre er i mellemtiden blevet købt af Geomagic – så de hedder nu Geomagic design (link).

1)cad2 2)cad1 3)cad8

4)cad3 5)cad4 6)cad5

7)cad6 8)cad7

Alibre / Geomagic var utroligt nemt at lære… Det er baseret på at man vælger en flade (et plan eller en flade på et andet objekt), tegner en 2d-figur (med dimensioner og constraints der binder elementerne sammen) og bruger så den til enten at tilføje eller fjerne materiale fra modellen. Der forskellige smarte måder at tilføje/fjerne materiale på – så det er utroligt fleksibelt trods den nemme betjening.

De fleste moderne cad-systemer er “parametriske”. Det betyder at man kan definere dimensioner (afstande, størelser, vinkler etc) vha. beregninger. Man kan definere variable og basere beregningerne på dem og andre beregninger. Meget fleksibelt og nemt at tilpasse. Hvis én dimension ændres følger de andre automatisk med.

ComputerSalg.dk Jeg købte en 3Dconnexion SpaceNavigator “mus” – det er en speciel mus til at navigere i 3d. Det er vildt rart og meget intuitivt at kunne zoome ind, ud, panorere, skifte viewpoint etc.

Capture

Når man tegner flere elementer eller gerne vil sætte egne dele sammen med andre (downloadede) dele så kan man også det i Geomagic – i “assembly”-delen. Du kan se eksempler i artiklen om mekanikken til CNC-fræseren.

 CAM

Computer Aided Manufacturing er processen der omsætter en CAD-tegning til noget CNC-maskinen kan forstå – som regel “G-code”. G-kode er en måde at beskrive maskinens bevægelser. Der er kommandoer til lineære bevægelser (G00 – ilgang og G01 – lineær bearbejdning) og til cirkulære bevægelse med eller mod uret (G02, G03). Og ca. 98 mere… Der er ret mange kommandoer som vist sjældent bruges. Der er faktisk mange maskiner der kun understøtter ganske få G-koder. Det er også årsagen til at der i CAM-programmer altid defineres en “POST-processor” – altså en efterbearbejdnings engine der tilpasser G-koden til den enkelte maskine.

En CAM-engines opgave er som sagt at oversætte en CAD-tegning til maskinbevægelser. Der er dog lidt mere i historien. Først og fremmest skal man vælge et koordinat-system at arbejde i. Ofte skal et emne bearbejdes fra flere sider og det opnår man ved at definere flere CAM-jobs med forskellige koordinatsystemer. Desuden skal man kunne definere hvordan rå-emnet ser ud så programmet kan beregne hvordan bearbejdningen skal foregå. Jeg ved ikke om der findes automatiske systemer – men dem jeg har arbejdet med fungerer alle ved at man selv vælger hvilken fræser man vil bruge og derefter hvilken “type” fræseoperation man vil gennemføre – eks. grovbearbejdning (roughing) og sletbearbejdning (finishing). Der er i de fleste programmer et antal forskellige “patterns” – radial bearbejdning, horisontal / parallel, radial / spiral…

Capture

Der er et hav af CAM-engines. Desværre var der (dengang) ingen af de gratis der reelt virkede… Så jeg endte med et produkt der hedder Alibre CAM. Det er integreret i Geomagic Design – men er reelt en tilpasset VisualCAM. Det er rigtigt rart at brugerfladen er den man kender – men det er vel bare tilvænning…

Capture

CaptureI Alibre CAM kan man få vist en simulering af hvordan jobbet virker i praksis. Og det er vigtigt – for det er ofte ret svært at gennemskue hvordan algoritmerne vil opføre sig på det konkrete emne… Man skal angive hvilke flader der skal bearbejdes – eller hvilke der skal være ydre grænse som algoritmen – det kan godt give en del frustrationer…

Konklusion

Maskincontrolleren skal man vælge en der passer til det hardware man har købt eller bygget. Men CAD/CAM er en smagssag…. Jeg vil når tiden er til det sætte mig nærmere ind i de gratis alternativer… men lige nu er du på egne ben 🙂




Hjemmebygget CNC-fræser – del 2 (styring)


I denne anden del af mit cnc-fræserprojekt vil jeg fortælle om styringsdelen af projektet. Jeg må advare om at der er gået nørd i dette indlæg… 🙂

Først et diagram:

Det er tegnet på schematics.com – link.  Den opmærksomme læser vil se at laseren i højre side ikke bliver nævnt i resten af indlægget… Det skyldes at jeg planlægger en blog om den alene…

Samlet var styringsdelen lidt pebret – men til gengæld masser af power og nem at strikke op uden at lave print eller andre kreative løsninger. Stepmotoren kostede €100. Stepmotorstyringerne €100 /stk, strømforsyningerne kostede 450 kr/stk og smoothstepper kostede ca. USD230. Så – i grove tal kostede det  spidsen af en jetjager 🙂

Stepmotorer

Jeg undersøgte muligheder, pris og behov på stepmotorer – og landede på 3 stk NEMA34 motorer. De to havde jeg i forvejen – de er faktisk omkring 25 år gamle… og fra en gang hvor jeg ville bygge stepmotorer på en SR80 metaldrejebænk. Desværre havde jeg hverken mekanik, elektronik eller software kundskaber nok til at lave noget praktisk færdigt dengang. Motorerne drejede men det var også det… Men nu kom motorerne altså til ære og værdighed.

Den sidste motor bestilte jeg ved cnc66.com. Det var en N34-9801 (link). Jeg kunne hverken finde eller skaffe datablade på de gamle. De er ca. samme størrelse som den nye, så antog jeg at det nok er stort set det samme… Og da de ikke er gået i stykker endnu er det nok ikke helt forkert :-).

NEMA betegnelsen fortæller noget om motorens fysiske størrelse. NEMA 34 er de største jeg har set i almindelig handel. De har en 86x86mm flange med 4 huller og en aksel i midten. N34-9801 kan holde til 4Arms og kunne levere et moment på 6.9Nm. Jeg havde ikke rigtigt nogen ide om hvor meget der er behov for – men jeg er nu bagefter godt tilfreds med valget. Det svære er at ud over at skulle indregne stigning på gevind og et ikke nærmere defineret tab i vanger, lejer og gevindskrue, ja hvor meget kraft skal der så bruge til at pløje en fræser gennem et materiale…

En praktisk detalje… Når man står med en stepmotor med 6 ledninger – og kun skal bruge de 4 – hvad gør man så? Jo – man tager et ohm-meter og måler modstanden mellem hver af tilledningerne. Der vil være forbindelser mellem dem i to par af 3 ledninger. Når man vælger hvilken ledning der skal ignoreres (midterudtaget skal ikke bruges) – ja så er det bare at lede efter forbindelsen med den største modstand. De to bør være ret ens og den sidste omkring det dobbelte af de to andre… Hvis motoren kører den forkerte vej rund kan man enten rette det i softwaren eller bytte + og – på den ene eller anden vikling (kun én vikling :-)).

Hvis man skulle have en 8-wire stepmotor så er processen lidt mere indviklet… Der vil alle vindingerne have samme modstand så i stedet for at måle skal man sætte strøm på to af vindingerne på skift. Man kan så bemærke om akslen bliver svær at rotere.  Den præcise proces må du lige google efter :-).

Stepmotor-driver

cnc-mill-controller (1)

Jeg bestilte også 3 stk DM856 stepmotordrivere (link) ved cnc66.com. Det er strømstyrede digitale stepmotordrivere der sørger for alt det praktiske bare man giver den en retning og et pulser. De kan konfigureres til den strøm man ønsker og man kan indstille hvor mange steps der skal være per omgang. Styringen forsøger at opdele de steps motoren uderstøtter i flere ved at styre strømmen i vindingerne gradvist fra den ene til den anden. Det lyder smart og besnærende – men træerne gror desværre ikke ind i himlen da praksis viser at der skal relativt store strømændringer til at flytte rotoren væk fra sine naturlige steps.  De skal forsynes med mellem 20 og 80V.

20151025_154549

Strømforsyninger

Jo højere forsyningsspænding jo hurtigere kan man steppe motorerne uden at de springer et step over. Så jeg valgte at købe 6 stk 36V 320W (8.9Adc) strømforsyninger ved Actec. De blev serieforbundet to og to.

cnc-mill-controller (1)

En detalje når man serieforbinder switchmode strømforsyninger er at sætte en diode i spærreretningen mellem + og – terminalerne. Det sikrer at forsyningerne kommer op samtidig når de tændes. Hvis man ikke har dem kan man risikere at ødelægge den af dem er der langsomst om at vågne til dåd. Forklaringen er at når man kigger ud i en primært kapacitiv belastning (de fleste strømforsyninger er kapacitive) – ja så oplever strømforsyningen at kigge ud i en kortslutning de første micro-/milisekunder. Er den ene forsyning så nogle milisekunder hurtigere om at stige i spænding så vil den hurtigste strømforsyningsspænding lægge sig over den langsomme med forkert fortegn – og det er ikke sikkert at den kan holde til det.

20151025_154524

Driverne er digitale og strømstyrede hvilket vil sige at de genererer firkantede pulser på motorerne og bruger motorernes induktion til at holde den strøm der er behov for. Det betyder at der er nogle meget stejle spændingsflanker på kablerne – noget der potentielt kan give EMC-problemer i form af E-feltskobling fra de strømbærende kabler til signalkabler i deres nærhed. For at forebygge dette valgte jeg at købe skærmede kabler. Skærmen forbandt jeg til strømforsyningens stel så der er en returvej for støjen.

Smoothstepper og breakout board

Den mest almindelige metode til at forbinde stepmotorer til en PC var (dengang) en parallelport. Det var jeg ikke så interesseret i da jeg ønskede at kunne bruge en laptop jeg havde til overs… Så – jeg fandt ud af at produktet SmoothStepper (link) var en USB device der kan forbinde MACH3 softwaren (se del 3) til stepmotorerne via USB. Så sådan en fætter købte jeg ved leverandøren i USA.

cnc-mill-controller (1)SmoothStepper er designet til at simulere to parallelporte. Så udgangene er i DIL-connectors (så man kan bruge fladkabel). Jeg skulle jo trække ledninger til steppperdriverne – så det nemmeste var at købe et breakout board med skrueterminaler. Det købte jeg ved cnc4pc.com som havde et board (“C25” – link) der var designet til at blive sat direkte oven på SmoothStepper .

20151025_154542

Endestop

Ud over power-siden af styringen er der også monteret endestop på alle akser. Endestop kan være en kilden affære fordi det er switche der i åben tilstand giver et højimpendant kredsløb der er meget sårbart for for E-feltskobling. Jeg trak dem først i uskærmet kabel – og stripsede dem fast til stepperkablerne. Dumt – meget dumt. Systemet detekterede endestop i tide og utide. Skærmede kabler og et skift til at bruge “normally closed” benet på microswitchen løste dog problemet.

cnc-mill-controller (1)

På X- og Y-akserne monterede jeg én switch og så en kant der følger med slæden til at detektere begge enderne med samme switch. Z-aksen kunne jeg ikke gøre det samme med da jeg gerne vil have justerbart endestop i den lave ende så jeg kan bruge det til at undgå at køre spindlen ned i bordet. Så derfor har jeg to switche i serie på Z-aksen.

EMC – lidt om stel, B- og E-felter

Ok – jeg tilstå det næste afsnit er kammet over nørde-kanten – bær over med mig 🙂

Når man strikker et system som dette op skal man sørge for at tænke på elektrisk støj fra starten – som eksemplet med endestop herover viser. Der er flere elementer i dette – men tre primære elementer indgår i overvejelserne: Håndtering af stel. E-feltskobling og B-feltskobling. Og lad mig med det samme sige at nedenstående selvfølgelig ikke er den fulde sandhed. Men det er håndregler nok til at få de fleste systemer til at køre…

Stel… Den store overvejelse går på at begrænse den strøm der løber i en given stelledning da strømmene vil give anledning til spændingsfald over lederne. Så første priritet er at undgå at signal/styrings stel og power stel løber i de samme ledere. I denne opstilling skal man tage stilling til om de tre power kredsløb skal referere til samme stel. Eller om stel alene skal samles på signalsiden? Jeg valgte at lade højstrømssiden være særskilt per motor ud fra filosofien at deres respektive returveje så rodes mindst muligt sammen. Jeg er uskker på om det mest korrekte ville være at sikre at de har samme reference ved at knytte strømforsyningernes stel sammen i et stjernepunkt. Jeg har ikke gjort det – og det virker fint som det er :-). På signal siden har steppercontrollerne differentielle input – men da SmoothStepper med breakout board er singled ended – ja så ender alle “-” ben i gnd.

B-felter er magnetisk kobling der skyldes et magnetfelt skabt af strømme i nærliggende kabler. B-felter kobler ind i det areal der udspændes af modtagerkredsløbets frem- og returvej. Det betyder at en nem beskyttelse mod B-feltskobling er at benytte parsnoet kabel. Når frem-og-retur-vej er parsnoet så vil arealvektoren skifte fortegn for hver vikling. Det betyder at to vindinger vil udligne hinanden (hvis de altså påvirkes ens). Desuden bliver arealerne meget små og dermed mindre sårbare i sig selv. 

E-felter er elektrisk feltkobling der skyldes stejle flanker på spændingerne. Særligt digitale switchkredsløb (som i stepmotorstyringerne) er tilbøjelige til at udsende denne type støj da udgangene består af transistorer /FET’er der switcher lynhurtigt og med høj frekvens. Metoden til at fjerne denne type støj er helst at fjerne det ved kilden hvilket man gør ved at “lægge flanken ned”. Gør man det ved at bruge længere tid på at drive transistoren i mætning – ja så betyder det større tab i transistoren – hvilket sjældent er en god ide. I stedet kan man benytte en såkaldt snubber der er en modstand og en kondensator i serie i parallel hen over switchen. Kredsløbet optager noget af energien i switchøjeblikket og hjælper derfor til at lægge flanken ned. Den næstbedste måde er at benytte differentielle signaler. Dvs. i stedet for at have ét signal med reference til stel, så har man to ledere hvor den ene går positivt og den anden går negativt (og omvendt). Indgangen der “læser” signalet trækker de to fra hinanden. Det betyder at en støjpuls på begge ledninger vil blive fjernet i modtageren (A-B). Hvis man ikke selv designer kredsløbet eller ikke har adgang til differentielle ud- og indgange – ja så er vi nødt til at beskytte os på anden vis. Det kan man gøre med skærmede kabler hvor skærmen giver en god returvej for det koblede e-felt. Dermed holdes støjen i skærmen og lederne inden i skærmen ligger beskyttet.

Den mekaniske montage

Jeg byggede det hele ind i et gammelt styreskab. Og satte en blæser (med filter) i så stepperdriverne ikke bliver for varme. Forbindelserne til motorer og endestop er lavet gennem stik og kabler. Jeg monterede et nødstop som slukker for strømforsyningerne – men holder strøm på styringen. Det betyder at Mach3 ikke går i spunk. Der er en del grej der også skal have 230V (spindel, støvsuger, arbejdslys etc.). Til det formål monterede jeg to 3-stiksdåser – og lod den ene køre med nødstop og den anden uden.

20151025_154625

Og her er det samlede skab – i lukket stand.

20151103_200918

Og i åben stand:

20151103_200930

Jeg mangler at få lavet ordentlig kabelføring til strømforsyningen i bunden. Jeg lavede det om i forbindelse med at jeg lavede Laser-graveringsmodulet – og ja det mangler lidt soignering 🙂

Alt i alt




Hjemmebygget CNC-fræser – del 1 (mekanik)

I dette første indlæg om min hjemmebyggede cnc-fræser vil jeg beskrive den mekaniske del af projektet – og ikke mindst motivationen for projektet.

I del 2 vil jeg skrive om elektronikken og i del 3 om softwaren der styrer det hele.

Min far – Gunnar Augustinus – har en maskinfabrik i kælderen. Så jeg er vokset op med drejebænke og fræsere. Jeg supplerede lommepengene i værkstedet  – men vidste reelt aldrig nok til at lave noget på egen hånd.

20151103_200838

Min fars fabrik hedder SR 80 metaldrejebænke (sr80.dk) og han laver den eneste danskproducerede metaldrejebænk. Eller rettere lavede. Nu leverer han kun reservedele. Jeg overtalte ham til at lave en maskine til mig før han stoppede helt :-). Jeg fik min i 2011 – men han fortsætter nu forretningen stadig – dog flest reservedele og reparationer.

Meeen – hvad skal man med en drejebænk hvis man ikke kan hitte ud af at bruge den? Så – vi aftalte at jeg skulle “gå i lære” hos ham hver tirsdag eftermiddag / aften. Min mor fik samtidig en undskyldning for at forkæle os – så det var ren win-win :-). Det holdt ved ca. et års tid så jeg fik lært en masse fif og teknikker. Og som hårdt skadet ingeniør kunne jeg selvfølgelig heller ikke helt lade være med at læse noget litteratur om enmet i tillæg…

Og – vi skulle jo have “noget” at lave på drejebænken. Jeg har længe drømt om at bygge en cnc-fræser – og når nu drejebænken var i hus – ja så måtte cnc-fræseren jo ligge næst på listen.

I et anfald af selverkendelse valgte jeg at købe en billig bænkfræser som jeg kunne bygge om – i stedet for at starte helt fra bunden… Det er der selvfølgelig en masse ulemper ved – men fordelen er at det var en overskuelig opgave som jeg var ret sikker på at jeg kunne afslutte 🙂

Så fundamentet blev en Rotwerk EFM150 (link). Den sælges i mange varianter har jeg efterfølgende fundet ud af. Hvis man søger efter “Micro mill” så er der mange hits.

En fin lille maskine at bygge videre på.

Projektet gik ud på at rippe maskinen for alt overflødigt, derefter montere stepmotorer og endestop på alle tre akser og sidst at udskifte spindelmotoren med en der kunne køre noget hurtigere. Der skal selvf. også noget elektronik til – men det kommer i næste del af indlægget.

Som det kan ses på billedet var der både en “rigtig” z-akse – og så en boremaskine-type z-akse som oven i købet kunne indstilles til enten at være sluttet til “armen” eller et finjusteringshjul. Det er en af de største ulemper ved maskinen. Det var nemlig meget vanskeligt at få låst disse muligheder helt fast uden slør. Målet er jo at Z-aksens motor har helt styr på bevægelserne.

Og – sådan ser den så ud efter en let ombygning :-):

 

20151103_202115

Meeen – for der er et lille men… Jeg lavede ingen cad-tegninger af det hele inden jeg gik i gang… Det var lidt fra punkt til punkt og håndskitser undervejs: 20151103_210418

Som fedtpletterne indikerer er de lavet på arbejdsbordet oven i skæreolie og andet godt 🙂

X/Y-akserne

Der er flere udfordringer når man skal sætte en stepmotor på en slæde… Den største er backlash. Backlash er det fænomen at der når “vender retning” mister et antal 100-dele mm på grund af slør rundt omkring. På spindel / spindelmøtrik er problemet at der slør mellem delene – som illustreret her:

Hvis man “kun” har én møtrik vil man opleve det der overdrevet vises på illustrationen – nemlig at gevindet “læner” sig op ad den ene side – så når man skal den anden vej så sker der ikke noget før man rammer den modsatte side af gevindet.

En anden kilde til backlash (der dog er nemmere at håndtere) er det der fikserer spindlen til slæden. Det må der heller ikke være slør i.

Hvis man vil slå det store brød op – ja så køber man kuglespindler (ball screw spindle) til at erstatte de klassiske spindler med trapezgevind. Kuglespindler er nogle meget præcist forarbejdede specielle gevind der i kombination med en spindelmøtrik (lead screw) giver meget lille backlash.

 

De er dog ikke helt gratis – så jeg valgte at holde mig til de traditionelle spindler med trapez gevind. De eksisterende var dog ikke lange nok – så jeg købte en lang stang jeg kunne skære op til de tre akser. Jeg valgte at lave en spindelmøtrik der kunne justeres for at minimere backlash.

Det skal bemærkes at der findes en softwareløsning til backlash også. MACH3 har en indstilling hvor man beder softwaren om at kompensere for backlash. Funktionen får ikke ros på nettet – men jeg har ikke eksperimenteret med det endnu – men det burde jeg nok…

20151025_200710

Nå – forbindelsen mellem motor og spindel består af en række elementer.

Inderst en afstandsklods der sikrer at det næste element – basepladen – ikke hindrer slæden i at køre helt i bund. Basepladen bærer dels de 4 afstandsstag ud til motoren og dels fundamentet for lejerne. Spindlen går gennem de første elementer og ud i en justeringsskrue der sørger for at holde lejerne samen. Sidst er der motorkoblingen (SRJ-30 10x14mm – link) der samler motoraksel og spindelarrangement. Formålet med den er at kompensere for de små misallignments der ikke kan undgås mellem enhederne. Sidst sidder stepmotoren der har en størrelse der hedder NEMA 34.

20151103_20511520151103_205018Meeen – det med lejerne er det centrale – resten er kun til for at holde på dem :-). En maskiningeniør vil sikkert give mig tørt på her – men min grundlæggende analyse er at jeg skal have noget der kan holde spindlen både aksialt og radialt på én gang. Og ikke mere end én der bestemmer i hver retning da vi ellers vil få spændinger mellem elementerne der vil lede til tab og spildte kræfter fra stepmotoren.

20151103_20515920151103_205219Så – jeg valgte at gå efter en kombination af et trykleje og et konisk rulleleje. Til det koniske rulleleje valgte jeg den mindste variant jeg kunne finde – 15x35mm (indv. / udv. diameter). Til tryklejet valgte jeg 10x24mm.

Og for at dokumentere PRÆCIS hvordan det endte med at være skruet sammen er her opskrift:

20151103_210601Det er da nemt at forstå ikk’? Kunsten er at sørge for at respektere trykfladerne…

Nå – jeg har forbarmet mig og tegnet det i cad her efterfølgende…:
Capture

Og her en gennemskåret model:

Capture

Den lyserøde del skrues på spindlens gevind og strammes indtil der er pres på lejerne. Den låses fast vha. en pinolskrue.

Anti-backlash valgte vi som omtalt at løse på den simple måde… Vi lavede en messing-leadscrew hvor den ene del af skruen kan justeres – så man opnår at klemme på begge sider af gevindet. Det kan (og skal) justeres med et par pinolskruer.

20151106_182724

Z-akse

20151107_085446Den tredje akse blev lavet meget som de to andre – blot med den forskel at jeg ikke skiftede spindlen. Det viste sig nemlig at ledeskruen (som fører slæden op og ned) var besværlig at modificere… Så derfor valgte vi at holde fast i den oprindelige spindel.

Hovedspindel og spindelmotor

Den oprindelige spindelmotor var på 300W med en max. omdrejningshastighed på 2000 o/min. Hvis man skal fræse med små 2-3mm fræsere – ja så havde jeg læst mig frem til at det ikke var nok. Så jeg besluttede at skifte spindelmotoren ud med en hurtigere og kraftigere.

WATER-COOLED-DISCOUNT-2-2KW-HY-CNC-SPINDLE-MOTOR-ER20-2-2KW-VFD-INVERTER-DRIVEEfter at have søgt en del forelskede jeg mig i en 2.2 kW vandkølet spindel… Jeg ville så pille den oprindelige spindel og alle de finurlige mekanismer til justering ud og erstatte dem med spindelmotoren. Motoren er 80mm i diameter så det vil kræve en ret massiv ombygning… Samtidig var der den udfordring at motoren kun kunne køre 8.000-24.000 o/min. Og jeg var bange for at 8.000 o/min er for meget til at køre med lidt større fræsere.

Det var også en ulempe at den brugte ER11 spændetænger. Det betyder at akslen på værktøjerne begrænses til 7mm. Hvis jeg kunne bruge den indbyggede spindel med Morse 2 konus så kunne jeg bruge ER25 spændetænger – hvilket giver en max tool diameter på 16mm.

I forbindelse med at jeg skrev dette indlæg søgte jeg igen – og de spindler der nu er til salg leveres med ER20 (max. 13mm). Samtidig er de vandkølede versioner i stand til at køre helt ned til 0 o/min. Så det kunne være et ret godt bud på en spindelmotor (link).

20151106_182620Men – jeg valgte en “midlertidig” løsning baseret på at kombinere den oprindelige hovedspindel med en overfræser. En billig og kraftig motor med en maksimal omdrejningshastighed på 30.000 o/min.

På billedet kan ses et “rør” der stritter lige op i luften – det skjuler trækspindlen til morse-konus’en. Vi kunne ikke nænne at skære den af så den fik lov til at overleve i fuld længde med lidt beskyttelse omkring…

For at få hastigheden ned lavede vi en gearing baseret på tandremme. Jeg valgte tandremme for at reducere støjniveauet. Vi lavede nogle forsøg med metaltandhjul – og de larmede ret meget.

Så vi gik i gang med puslespillet… Målet var en reduktion af hastigheden med en faktor to. 15.000 o/min i max – og med tab og belastninger ville det nok falde en del derfra – så hvis jeg kunne nå 10-12.000 o/min var det fint. Og valget faldt på en 44/22 tænders kombination med en 90-tænders rem. Jeg valgte størrelsen “T5” – som betyder at der er 5mm mellem tænderne. Jeg fandt en online calculator til at hjælpe mig med at beregne bæltelængde og centerafstand. I parantes bemærket så hedder det timing belt og timing pulley hvis du skal lede efter det på nettet.

20151107_114032

Vi byggede de to tandhjul med rem ind i en stump rør-profil. Formålet var at sikre stabiliteten af forbindelserne – og det lykkedes til fulde.

Vi lavede en lille aksel til at sætte direkte i overfræseren og det store hjul blev monteret på spindelakslen.

Det er ikke nemt at fotografere ind i røret – her det bedste jeg kunne klare. Vi sluttede af med at sætte et dæksel på den ene ende – så hvis en rem skulle springe at vi så ikke får den i hovedet…

20151106_18250120151106_182513

 

 

 

 

20151025_200744

Endestop og ledningsføring

Endestoppene blev først tilføjet sent i projektet. Jeg var træt at at køre i bund med akserne – og endnu mere irriterende var det når jeg kørte akserne for langt ud så de hoppede ud af ledeskruen…

Det simplest mulige er at bruge en enkelt switch til begge endestop. Vi lavede det med en stump fladjern der aktiverer en micro switch. Metoden brugte vi på X- og Y-akserne.

20151025_200832

20151025_200628På Z-aksen ville jeg gerne have noget mere fleksibelt da det nedre endestop jo vil afhænge af hvilket værktøj der sidder i fræseren. Forålet i den retning er at undgå at køre ned i planet ved et uheld… Så der lavede vi to microswitche – en til hver ende.

Her switchen i toppen.  Den er ret simpel da den bare skal aktiveres når Z-slæden kommer i top.

20151025_200817

Det nedre endestop lavede vi justerbart vha. en stump fladjern med udfræst spor og et låsehjul.

Enden af fladjernet aktiverer switchen når den kommer i bundpositionen.

 

 

 

 




 

 

 

 

CaptureKablerne trak jeg samlet – trods de problemer det gav anledning til med hensyn til EMC. Jeg lavede som det første projekt på fræseren nogle små plastkasser med låg der skulle bruges som samledåser for ledningerne fra motorerne.

Capture2 Capture3

20151025_200710

Vandkøling…

Da jeg begyndte at arbejde i aluminium og stål fandt jeg ret hurtigt ud af at jeg havde behov for køling. Jeg købte en “spray cooling” svanehals på ebay og monterede den. Den har vist sig meget nyttig idet den ikke bruger ret meget vand sammenlignet med en traditionel vandkøling. Til gengæld kræver den trykluft til at  generere sprayen. Det har dog vist sig at være en fordel for så kan jeg bruge den til at puste med tør luft når jeg bruger lasergraveringshovedet. win-win 🙂

20151025_200803

Konklusion

Alt i alt er jeg godt tilfreds med resultatet. Maskinen har stadig mange punkter der kan forbedres – men den er absolut brugbar og lever rigeligt op til mit behov. Det er så ikke det samme som at jeg ikke drømmer om at lave en der er endnu bedre – med kuglespindler, linære bæringer og selvf. en bedre spindel 🙂

Jeg vil i et senere indlæg fortælle lidt om hvad jeg kan opnå i præcision og materialer.

20151103_202131




Locking lever til pagaj

20150913_185319Jeg købte en brugt pagaj – to-delt og i fuld carbon. Super pagaj – men låsen var i stykker. Jeg forsøgte først at komme i kontakt med en forhandler uden held – dernæst producenten… Men ingen kunne skaffe mig den lille arm der manglede.

Nå – men med kælderen fyldt med værktøj bør der jo være en vej… Og med en cnc-fræser er der jo en supernørdet vej jeg ikke kunne holde mig fra 🙂

CaptureSå – jeg tegnede låsearmen i Geomagic – det cad program jeg bruger fordi man ikke kunne finde en hæderligt gratis et den gang jeg startede med cnc og 3d. Programmet hed den gang Alibre CAD og blev forhandlet af Amstrup Engineering (link). Jeg købte også Alibre CAM – der i virkeligheden er en tilpasset VisualCAM der er integreret i Alibre CAD. Det fungerer faktisk ret godt.

Jeg startede med at fræse den i abs plastik – og konceptet var super. I praksis kunne jeg dog ikke fræse sekskanten med en 2mm fræser (og jeg har ikke rigtigt held med mindre fræsere). Men det gjorde ikke så meget – jeg klemte den bare ned over og sekskanten og satte låseskruen i.

Og voila – havde jeg en ny låsearm:
20150922_192609

Helt perfekt – bortset fra at den ikke kunne holde…:

20151101_163754

Nå – men så må det jo blive i aluminium i stedet.

Jeg har eksperimenteret med aluminium i fræseren. Jeg brugte en feed and speed calculator (link).. Konklusionen er at med max spindelhastighed (~13.000 o/min), 2-skærs 2mm fræser, 1mm spåndybde og køle med sprit – ja så virker 200mm/min fint.

Så jeg reprogrammerede CAM-jobbet og kørte en tur mere i fræseren – nu i 2mm aluminium.

20151101_164452

Som det kan ses laver den lidt rigeligt med grater – måske fræseren skulle have været skiftet til en ny og skarpere…

Men efter at have givet låsearmen en tur med filen så lykkedes det at montere den:

20151101_165056

20151101_165203

Og i samlet tilstand:

20151101_165246

Så må vi se om det kan holde i alu…