Драйвера шаговых двигателей. Подключение шаговых двигателей
Я часто сталкивался с запросами, каким образом к тому или иному 3D-принтеру, ЧПУ или координатному столу подключить более мощный лазер, если на самой плате либо не предусмотрено отдельное питание лазера, либо ток, который подается через контрольную плату, очень ограничен, например, 0.5А.
В основном на платах DIY engravers и MakeBlock подается 9-12 Вольт и не более 0.5-1 Ампера.
Для диодных лазеров мощностью от 1 Вт обычно требуется от 1 до 3 Ампер и 12 Вольт, а для лазеров мощность свыше 5 Вт требуется более 3 Ампер.
Например, на координатных столах (плоттерах типа MakeBlock XY plotter 2.0 KIT), необходимо организовать дополнительное питание, ровно как и на небольшом гравере Neje. Поэтому для того, чтобы поставить более мощный лазер – необходим отдельный блок питания и драйвер.
Предлагаемое описание схемы
Условно назовем её «Endurance circuit MO 1»:
Подключите управление лазером к пинам МК (МикроКонтроллер) и GND1. Подавайте напряжение не более 24В. Подключите контакт «+» вашего лазера к контакту «+12В», контакт «-» лазера к контакту «Сток» («Drain») полевого транзистора.
Не обязательно располагать контакты GND1 и GND2 на одной линии. Контакты «+12V» и «GND2» можно взять и со свинцово-кислотного аккумулятора.
Для размещения элементов достаточно иметь макетную плату размером 20х20 мм.
Данная схема позволяет питать более мощные лазеры 12 В и силой тока 5 ампер и более (согласно характеристикам используемого мосфета). В качестве питания лазера используйте источник питания DIY либо дополнительный блок питания.
Пример подключения данной схемы:
Вверху справа фотографии электронной платы гравера NEJE контакты Laser «+» и «-» являются управляющими, то есть соедините их с контактами Endurance circuit MO 1, соответственно с «МК» и «GND1».
Используйте коробку распределительную телефонную (пластмассовая), чтобы поместить плату Endurance circuit MO 1. Выбирая тип проводов, имейте ввиду, что через них пойдет ток 1-5 А в зависимости от мощности лазера. Например, лазер мощностью 5.6 Вт потребляет до 3.5А.
Пример подключения схемы Endurance circuit MO 1 к мини граверу Neje:
Пример того как выглядит схема Endurance на MakeBlock plotter XY 2.0:
При желании каждый из Вас может спаять схему самостоятельно согласно принципиальной схеме в начале статьи. Рад предоставлять сообществу любителей лазеров и лазерной гравировки полезные технологии!
Лайфхак
Однако если Вы хотите получить уже готовую плату Endurance circuit MO 1 – напишите [email protected] и они вышлют Вам её.
В свое время именно на этой управляющей плате мы сделали свой первый принтер и были довольны.
Почему именно она?
Во-первых, это самое недорогое и простое решение, которое позволит осуществить вашу задумку!
Во-вторых, в интернете Вы найдете очень много информации о том, как и куда подключать эту электронику, как прошивать и т.д и т.п.
В-третьих, Ramps 1.4 поддерживает два экструдера (можно печатать, как одним цветом, так и двумя), к ней можно подключить нагревательный стол (для возможности печати ABS пластиком), есть дополнительные свободные пины, к которым впоследствии Вы сможете подключить дополнительные прибамбасы для принтера.
В-четвертых, модульная конструкция позволяет легко заменять испорченные детали, что позволит сэкономить немного денег.
Шаговые двигатели
В 3D-принтерах движение кареток происходит с помощью биполярных шаговых двигателей . Они, как правило, имеют четыре вывода (с двумя обмотками), последовательная активация обмоток двигателя вызывает дискретные угловые перемещения (шаги) ротора. Поэтому вращение шагового двигателя (ШД) дискретно, то есть вал поворачивается на заданный угол. В 3D принтерах обычно используют двигатели, которые за один полный оборот совершают 200 шагов, а именно, один шаг равен 1.8 градусам.
Количество шаговых двигателей зависит от конкретной модели принтера. В проектах RepRap Prusa i2, i3, i3 Steel и подобных используются пять шаговых двигателей. Четыре двигателя позиционируют каретку по осям X, Y и Z (один двигатель на ось X, один двигатель на ось Y и два двигателя на ось Z) и пятый двигатель необходим для экструдера (для подачи пластика).
Из большого разнообразия шаговых двигателей необходимо выбрать самые оптимальные. Двигатели бывают разных типоразмеров, так называемый форм-фактор. Для 3D принтеров RepRap, да и для большинства других принтеров, используют Nema 17.
При выборе шаговых двигателей также стоит обратить внимание на следующие два параметра: момент удержания и ток, который потребляет двигатель. Для двигателей, которые перемещают каретку, достаточно 1.4 кг*см (но лучше больше), а для экструдера минимум 4 кг*см. Для управления ШД используют драйвера A4988, которые имеют ограничение в токе до 2 А, поэтому двигатели нужно подобрать такие, чтобы потребляемый ток был меньше 2 А, в противном случае двигатель просто не будет работать на полную мощность.
Мы используем следующие шаговые двигатели: 17HS8401 или 17HS4401 током 1.7 А и моментом удержания 4 кг x см, их вполне хватает на подачу пластика и для позиционирования кареток.
Драйвера шаговых двигателей
Для управления ШД Вам понадобится специальный драйвер. Чаще всего для 3D принтеров используют драйвера A4988 или Drv8825 . Драйвер A4988 поддерживает ток до 2 А и 1/16 шага, а драйвер Drv8825 поддерживает ток до 2.2 А и 1/32 шага. Если шаговый двигатель имеет шаг 1.8 градусов и за полный оборот совершает 200 шагов, то при использовании драйвера A4988 шаг станет 0,1125 градусов (0,05625 градусов для Drv8825) и за полный оборот он совершит 3200 шагов (для Drv8825 6400 шагов), что в свою очередь увеличит точность позиционирования.
Для каждого ШД необходим один драйвер, либо один драйвер на два шаговых двигателя, подключенных последовательно или параллельно (как для оси Z Prusa i3 Steel). Во время работы двигателей драйвера сильно нагреваются, поэтому обязательно установите на них радиаторы и, по возможности, обеспечьте постоянный обдув вентилятором.
Нагревательный стол
Если Вы хотите, чтобы Ваш 3D принтер печатал ABS пластиком или другими видами пластика, для которых требуется подогрев рабочей поверхности, то Вам необходимо приобрести нагревательный стол . Один из самых распространенных столов - MK2b , размеры рабочей зоны составляют 200 мм на 200 мм, а максимальная температура 120 градусов. Такой стол имеет четыре крепежных отверстия, с помощью которых его можно зафиксировать на платформе. Нагревательный стол MK2B можно подключить как к 12 вольтовому источнику, так и к 24 вольтовому, достаточно лишь припаять провода питания к соответствующим контактам.
Чаще всего столы делаются из текстолита, поэтому необходимо использовать дополнительно стекло (зеркало), так как при нагреве текстолит деформируется и поверхность будет неровная. Стекло фиксируется сверху с помощью канцелярских прищепок или другими приспособлениями. Текстолитовый нагревательный стол MK2b+стекло можно заменить одним алюминиевым столом MK2b , он немного дороже, но в этом случае Вам не потребуется фиксировать дополнительно стекло. Алюминиевый стол греется дольше, но лучше держит температуру.
Термисторы
В 3D принтерах присутствуют нагревательные элементы (нагревательный стол и экструдер), температуру которых нужно контролировать. Для этих целей используется обычный терморезистор (термистор) или термопара.
Самый простой способ измерения температуры в 3D принтерах - это использование термистора. Список термисторов, которые можно использовать приведен . Мы остановились на термисторе, который имеет большой диапазон рабочих температур, а именно NTC термистор 100 кОм 3950 . Такой термистор можно приобрести в двух вариантах: с припаянным проводом и без, рекомендуем приобрести сразу с припаянным.
Если Вы хотите использовать термопару, то вам понадобится дополнительная плата, например ExtThermoCouple 1.0, или какая-нибудь другая плата на основе микросхемы AD597.
Концевые выключатели (endstop)
Для того, чтобы каретка принтера могла "найти" свое крайнее положение, то есть точку отсчета (с координатами (0,0,0)) необходимо использовать endstop или, как их называют в России, концевые выключатели (концевики). Концевые выключатели бывают разных типов, но в основном используют следующие: механические, оптические и крайне редко магнитные.
Механические концевики представляют по сути просто кнопку, которая включается при достижении кареткой самого концевика. Они недорогие и поэтому самые распространенные. Механические концевики бывают в разных исполнениях, на некоторых присутствует светодиод, который загорается красным цветом при нажатии кнопки, на других светодиодов нет, и стоят они гораздо дешевле.
Оптические концевики срабатывают, когда специальная "преграда" попадает в зазор между светодиодом и фоторезистором. Они более точные и надежнее, чем механические, но немного дороже, поэтому по возможности лучше поставить их.
Обычно на каждую ось ставится по одному концевому выключателю, который определяет минимальное положение. Максимальное положение задается программным путем (меняется в прошивке). Можно поставить на одну ось и два концевика, тогда они будут определять минимальное и максимальное положение, но особого смысла в этом нет. В итоге, всего Вам понадобится только 3 концевых выключателя (ось X, ось Y и ось Z).
Экструдер
Печатающая головка 3D-принтера называется экструдером (от англ. extrude – выдавливать). Название отражает принцип действия: печатающая головка выдавливает пластик через специальное сопло. В настоящие время появилось большое количество различных экструдеров , у всех свои плюсы и минусы. Исходя из нашего опыта, можем посоветовать хотэнд E3D. Оригинальные хотэнды e3D можно купить на сайте производителя. Мы используем не оригинальные, а клоны от китайских производителей, которые по качеству печати не уступают оригинальным, и стоят намного дешевле. Но следует помнить, что не все китайские хотэнды качественные, нужно будет поискать хорошего производителя. Также, e3D хотэнды при правильной эксплуатации очень редко забиваются и могут печатать практически всеми видами пластиков. При необходимости можно менять сопла разных диаметров, начиная от 0.2 мм и заканчивая 1.2 мм (Volcano).
LCD дисплей
Если Вы хотите автономно управлять Вашим 3D принтером, без компьютера, то вам понадобится дисплей. Самые распространенные и недорогие модели это:
Все они имеют встроенный разъем под SD карту, тем самым вы без проблем сможете запускать печать прямо с дисплея. RepRapDiscount Smart Controller самый простой и недорогой 4х строчный LCD дисплей с SD card reader и с встроенным поворотным энкодером. В отличии от дисплея Smart Controller, Full Graphic Smart Controller имеет лучшее разрешение и отображает больше данных о процессе печати, но стоит немного дороже.
Блок питания
Обычно для питания принтера используют 12 В. Для этого понадобится источник питания напряжением 12 В способный выдавать ток не менее 20 Ампер. С этим помогут справиться следующие блоки питания:
- Обычный компьютерный блок питания. Самый недорогой и простой способ, но потребуются дополнительные манипуляции. Блок питания стандарта ATX напрямую не подключить. Как включить компьютерный блок питания без материнской платы, можно почитать здесь или в других источниках.
- Самый предпочтительный для нас вариант - использовать блок питания для светодиодных систем. Он немного дороже, но с ним работать куда приятней. Все, что вам надо будет сделать - это прикрутить провода во встроенные колодки и все. Мы используем блок питания мощностью 350 Вт 12 В. При необходимости без проблем подойдет и блок питания на 24 В 350 Вт.
Подключение
После того, как все необходимые комплектующие выбраны и закуплены, можно приступать к подключению всех частей к Ramps 1.4. Для начала соедините плату расширения Ramps и Arduino Mega 2560. Тут ошибиться достаточно сложно. Необходимо все штырьки Ramps аккуратно вставить в соответствующие разъемы Arduino.
Обратите внимание! При установке платы RAMPS на Arduino возможно замыкание проводников нижней стороны платы Ramps на разъем USB arduino. Рекомендуется изолировать их друг от друга (например двусторонним скотчем), также можно "откусить" лишний припой с нижней стороны платы Ramps.
После того, как мы это сделали, получаем аккуратный "бутерброд", к которому можно начать подключать остальную электронику.
Прежде чем приступить к подключению электроники к управляющей плате, необходимо посмотреть на схему. Можно зайти на сайт Reprap и в статье о ramps 1.4 , посмотреть как все подключается. В интернете присутствует большое количество различных схем, вы можете выбрать подходящую вам.
Данная схема по сути ничем не отличается от других, поэтому вы можете пользоваться и другими источниками, результат будет один и тот же. Теперь давайте пройдемся более подробно по каждому пункту.
Подключение шаговых двигателей
На плате Ramps есть 5 разъемов для подключения шаговых двигателей и соответственно 5 разъемов для драйверов. Каждая ось подписана, что позволяет безошибочно подключить в соответствующий разъем. Пины для подключения шаговых двигателей на RAMPS обозначены так - 2B, 2A, 1A, 1B. Пины 2B, 2A - одна обмотка двигателя, а 1A, 1B - другая.
Так как мы используем шаговые двигатели Nema 17 (биполярные), то они имеют, как правило, четыре вывода (две обмотки). Чтобы определить какие провода соответствуют одной обмотке, необходимо их прозвонить (мультиметром), та пара проводов, которая будет звониться, соответствует одной обмотке, и эту пару необходимо подключить в пины 2B,2A, а другую пару - в пины 1A,1B. Также можно посмотреть datasheet вашего двигателя, там указаны какие провода относятся к одной обмотке. Дополнительную информацию о двигателях можно посмотреть на сайте reprap .
Стоит помнить, что иногда цветовые схемы проводов могут отличаться, поэтому самый проверенный и надежный способ для определения проводов одной обмотки - использовать мультиметр. Если вы неправильно подключите двигатель, то ничего страшного не случится, при подаче сигнала, двигатель просто не будет вращаться, или будет вибрировать (издавать характерные звуки).
Также стоит обратить внимание на подключение двигателей оси Z. Так как на ось Z необходимо два шаговых двигателя, то их можно подключить двумя разными способами:
- Параллельно - каждый штекер в своё гнездо, на плате ramps для оси Z предусмотрено два гнезда, поэтому проблем не возникнут. Это стандартное подключение к RAMPS, но могут быть проблемы с рассинхронизацией двигателей, если есть разница в сопротивлении обмоток двигателя.
- Последовательно, как показано на схеме. Последовательное подключение предпочтительнее, рекомендуем именно его.
Для данного двигателя красный и серый провода – это одна обмотка, а желтый и зеленый – другая. Помните, что цвета могут отличаться, но суть одна и та же.
Подключение драйверов шаговых двигателей
Чтобы шаговыми двигателями можно было управлять, нужно поставить по одному драйверу на каждую ось и один драйвер на экструдер. Для этих целей на плате Ramps 1.4 существует пять разъемов, куда без проблем можно вставить драйвера.
Прежде чем установить драйвера шд, необходимо выставить микрошаг драйвера. Для установки микрошага драйвера пользуйтесь джамперами (перемычками), которые обычно идут в комплекте вместе с ramps.
Перемычки установки микрошага на RAMPS 1.4 находятся под драйверами шаговых двигателей. Всего под каждый драйвер можно установить максимум три перемычки. В зависимости от того, сколько и в каком порядке вы их поставили, будет определяться, какой шаг выставлен.
Если вы используете драйвер шагового двигателя A4988 с минимальным микрошагом 1/16, то расположение перемычки берем исходя из таблицы:
Перемычка (Да/Нет) размер шага 1 2 3 нет нет нет полный шаг да нет нет полушаг нет да нет 1/4 шага да да нет 1/8 шага да да да 1/16 шага
Большинство использует микрошаг 1/16 (все перемычки установлены), поэтому прежде чем устанавливать драйвера, устанавливаем все перемычки под все драйвера!
Если вы используете драйвер шагового двигателя Drv8825 с минимальным микрошагом 1/32, то расположение перемычек берем исходя из таблицы:
Перемычка (Да/Нет) размер шага 1 2 3 нет нет нет полный шаг да нет нет полушаг нет да нет 1/4 шага да да нет 1/8 шага нет нет да 1/16 шага да нет да 1/32 шага нет да да 1/32 шага да да да 1/32 шага
Обратите внимание! На драйвере шагового двигателя DRV8825 подстроечный резистор располагается на другой стороне платы, по сравнению с A4988, поэтому обратите внимание на правильную ориентацию драйвера при установке их в разъемы плат управления.
После того, как все перемычки поставлены, можно приступать к установке драйверов, в нашем случае драйвера будут A4988. Так же сразу следует на каждый драйвер прикрепить радиатор (на фото не показано), это можно сделать либо с помощью термоклея или простым двухсторонним скотчем.
Обратите внимание! При неправильной установке драйвера, возможно его повреждение. Подстроечный резистор "смотрит" в сторону гнезда дисплея. Так же на самом драйвере и на разъемах ramps, все ножки подписаны, поэтому лишний раз перепроверьте.
Концевые выключатели
На плате ramps предусмотрено шесть разъемов для подключения концевых выключателей, их порядок следующий: X min, X max, Y min, Y max, Z min, Z max. Подключать концевики нужно соблюдая полярность. Если смотреть на разъемы концевиков со стороны разъемов питания RAMPS, то порядок пинов будет следующий: Signal, GND, +5 В.
Всего нужно подключить три концевика, min X, min Y и min Z. Остальные пины оставить свободными.
Обратите внимание! При подключении концевых выключаталей, самое главное не перепутать пины, то есть необходимо на концевом выключателе определить, какой из трех проводов отвечает за "Signal", "-" и за "+" и подключить в соответствующие пины на плате ramps. Если вы перепутаете, то велика вероятность, что при срабатывании концевика, Arduino выйдет из строя. Обычно на концевых выключателях идет следующая маркировка:
зеленый цвет - "Signal"
черный цвет - "-"
красный цвет - "+"
Также широко распространены 2-х проводные механические концевики, в данном случае "+" на плате ramps не используем и подключаем слудующим образом:
- Соедините контакт помеченный на плате"S" с контактом "NC" микропереключателя.
- Соедините контакт помеченный на плате "GND" или "-" с контактом "C" микропереключателя.
Подключение термисторов
RAMPS поддерживает три датчика температуры, разъемы для них подписаны - T0, T1, T2. В T0 подключают термистор хотэнда, а в T1 термистор нагревательного стола. Полярность у термисторов отсутствует, поэтому подключаем как хотим. T2 служит для термистора второго хотэнда, если у вас один хотэнд, тогда его не трогаем.
Подключение нагревательного стола и нагрева хотэнда
Разъемы для подключения нагревательных элементов обозначены D8, D9, D10. В D8 подключают нагревательный стол, а в D10 подключается нагрев хотэнда. В D9 подключают вентилятор для программной регулировки обдува печатающихся деталей, либо нагрев второго хотэнда (в зависимости от того, что укажете в прошивке).
Обратите внимание, что провода, по которым идет ток для подогрева стола должны быть рассчитаны на ток минимум в 10А. Мы используем провод сечением не менее 1,5 квадрата.
MK2B можно подключить как к 12 В так и к 24 В. На нагревательном столе есть 3 контакта помеченные цифрами 1, 2 и 3. В зависимости от того, какой источник питания вы хотите использовать (12 или 24 В) подключение осуществляется по-разному. Для 12 В: контакт 1 припаиваем к «+» и контакты 2 и 3 к «-». Для 24 В: контакт 1 не используем, контакт 2 припаиваем к «+»и контакт 3 к «-». В зависимости от того какой у вас источник напряжения, необходимо припаять провода к соответствующим контактам.
Подключение LCD дисплея
На плате Ramps есть специальный разъем для подключения дисплея, поэтому подключить любой LCD дисплей не составит труда.
Для этого необходимо взять переходник, идущий в комплекте с дисплеями, и вставить в разъем платы ramps, как показано на картинке.После чего взять два шлейфа и ими соединить между собой дисплей и ramps в соответствующие разъемы (на дисплее и на плате они подписаны как EXP1 и EXP2). Дисплей готов к работе.
Обратите внимание! Зачастую при дальнейшем использовании вашего дисплея, на экране будут появляться "иероглифы", непонятные символы и тому подобное, для предотвращения этого можно сделать следующее:
- дисплей крепить к корпусу не на металлические стойки, а нейлоновые (или на другие виды, кроме металла);
- заземлить все платы;
- перевернуть сетевую вилку;
- подключиться к другой розетке;
- и самое главное, каждый провод, идущий от дисплея к плате ramps, обернуть алюминиевой фольгой (фольги не жалеть!).
Подключение питания
Для подачи питания в RAMPS предусмотрено два разъема: 12 В 5 А и 12 В 11 А.
Нижняя пара, отмеченная "12 В 5 A" для питания шаговых двигателей и нагревателя экструдера (D9, D10). Источник питания должен обеспечивать не менее 5A.
Пара коннекторов, отмеченных "12 В 11 A" обеспечивает питания нагревательного стола и второго выхода (D8), например для второго экструдера. Данный источник питания должен обеспечивать не менее 11A (Если оба входа питаются от одного источника, то он должен обеспечивать не менее 16A).
Если смотреть на разъемы питания (при отсутствии маркировки), то положительный контакт находится слева, а отрицательный справа.
Разъем питания в 5А не обеспечивает питание Arduino, питание будет обеспечено только при наличии напряжения в разъеме 11А.
Обратите внимание! При подключение питания, не перепутайте "+" с "-", лишний раз перепроверьте!
Заключение
Когда все подключили и еще раз перепроверили, то можно подать питание на плату Ramps. Если ничего не дымит и не искрит, то можно приступать к записи прошивки на Arduino. Именно этим мы и займемся в следующей статье.
В этой статье мы расскажем как быстро и совсем несложно можно подготовить макет и нанести гравировку на кожу, дерево или картон с помощью и .
Шаг 1. Создание векторного изображения из простой/растровой картинки
Обращаем внимание, что векторизация растровой картинки дает не точную копию, а набор кривых , с которыми нужно работать дальше.
Для того чтобы сделать из растрового изображения векторные контуры, загрузите или импортируйте ваше растровое изображение в программу InkScape.
Затем выделите в поле программы растровое изображение, которое будете переводить в контуры, и выберите в главном меню команду «Контуры » — «Векторизовать растр…», либо используйте комбинацию клавиш Shift+Alt+B.
Рис. 1. Фильтры на вкладке «Режим»
В открывшейся вкладке «Режим » вы увидите три фильтра. Первый из них «Сокращение яркости «. Этот фильтр просто использует сумму красного, зелёного и синего компонентов пикселя (иначе говоря, оттенки серого) в качестве индикатора, и решает, воспринимать ли его как чёрный или как белый. Значение порога яркости может быть задано в диапазоне от 0,0 (чёрный) до 1,0 (белый). Чем выше значение, тем меньше пикселей будет воспринято как «белые» и тем больше черного станет на изображении.
Рис. 2. Предпросмотр в результате применения фильтра «Сокращение яркости».
Фильтр второй — «Определение краев «. Этот фильтр создает картинку, еще меньше похожую на оригинал, чем обработанная первым фильтром, но предоставляет информацию о кривых, которая при использовании других фильтров игнорируется. Значения порога от 0,0 до 1,0 регулируют порог яркости между смежными пикселями, в зависимости от которого смежные пиксели станут или не станут частью контрастного края и, соответственно, попадут или не попадут в контур.
Фактически, этот параметр определяет выраженность (толщину) края.
Рис. 3. Предпросмотр в результате применения фильтра «Определение краев».
Третий фильтр - «Квантование цветов «. Изображение, обработанное этим фильтром, заметно отличается от результата работы двух предыдущих фильтров, но при этом тоже бывает полезным. Вместо того чтобы показывать изоклины яркости или контраста, этот фильтр ищет края, где меняется цвет, даже если смежные пиксели имеют одинаковую яркость и контраст. Параметр этого фильтра (количество цветов) определяет количество цветов на выходе, как если бы растровое изображение было цветным. После этого фильтр определяет чёрный это пиксель или белый в зависимости от чётности индекса цвета.
Рис. 4. Предпросмотр в результате применения фильтра «Квантование цветов».
Вкладка «Параметры » даёт дополнительные возможности в получении вектора требуемого качества. Например, при гравировке мелкого изображения рекомендуется убрать галочку в окошке «Сгладить углы », чтобы мелкие детали остались четкими.
Рис. 5. Вкладка «Параметры».
Обращаем внимание начинающих пользователей, что обработанное фильтром изображение лежит поверх исходного растрового рисунка и является отдельным объектом контуров . Этот объект по определению является выделенным, и его можно переместить мышкой или стрелочками клавиатуры, чтобы убедиться в его самостоятельности. Узлы объекта можно редактировать с помощью инструмента управления узлами.
Стоит попробовать все три фильтра и внимательно рассмотреть, в чем состоит суть различий разных изображений, полученных после обработки каждым из фильтров. Все изображения индивидуальны, и фильтры в каждом случае выдают различные по качеству результаты, т.е. для достижения наилучшего эффекта нужно выбрать из трех фильтров тот, который позволит получить контур оптимального качества.
После векторизации рекомендуется воспользоваться функцией упрощения
контуров, чтобы уменьшить количество узлов. Эта функция находится в главном меню «Контуры» — «Упростить» или выполняется нажатием комбинации клавиш Ctrl+L. Уменьшение количества узлов значительно облегчает редактирование полученного векторного рисунка.
Рис. 6. Исходное векторное изображение и результат применения функции «упрощения» контуров. Узлы в исходном и «упрощенном» контуре изображения.
- Как сделать контуры из растрового изображения http://inkscape.paint-net.ru/?id=30
- Gcodetools — расширение для Incscape http://www.cnc-club.ru/gcodetools
- Уроки Inkscape tutorial https://inkscape.org/ko/doc/advanced/tutorial-advanced.ru.html
Примечания:
1. Gcodetools и Inkscape распространяются под лицензией GNU GPL, т.е. бесплатно, в т.ч. для коммерческого использования. Обе программы кросплатформенные, есть дистрибутивы под Windows, Linux и MacOS.
Шаг 2: Крепление образца к столу 3D принтера и расположение в координатах в программе InkScape относительно маркерной точки крепления.
Перед гравировкой лазером на образце необходимо знать следующее:
1. Гравируемый образец необходимо закрепить на рабочем столе 3D-принтера (или гравера), чтобы не смещался в процессе гравирования при излишне интенсивных движениях стола 3D-принтера. Это можно сделать, используя следующие приспособления:
1.1. Канцелярский зажим - одно из самых простых и легкодоступных креплений для образца;
1.2. Двустороннюю клейкую ленту, липкие с двух сторон коврики (например, автомобильные для мобильных устройств и мелочей);
1.3. Обычные (канцелярские, аптечные) резинки.
1.4. Хомуты пластиковые разной длины.
1.5. Пару магнитов: один ставят на образец сверху, второй - снизу (под столом 3D-принтера), либо можно подпереть образец с нескольких сторон.
Примечание : крепежные приспособления не должны попадать в поле гравирования.
2. Если образец прозрачный или полупрозрачный , то необходимо использовать подложку, например, подложить под образец кусок фанеры, иначе лазерный луч будет проходить сквозь прозрачный образец и воздействовать на стол 3D-принтера. Подкладка под образец нужна и при работе в режиме резки для защиты поверхности стола 3D-принтера от повреждения на финальной стадии.
3. Чтобы векторное изображение нанести в точно обозначенное место образца, следует:
Соотнести координаты расположения изображения и гравируемого образца с машинными координатами 3
D-принтера;
. правильно расположить изображение в координатах в программе
InkScape.
Итак, по порядку:
1.1. Для определения расположения изображения и гравируемого образца в машинных координатах 3D-принтера нужно выбрать маркерную точку и измерить её точные координаты, чтобы в дальнейшем использовать для определения координат рабочей зоны и места расположения гравируемого образца на столе 3D-принтера.
1.2. В качестве маркерной точки при работе с 3D-принтером Wanhao мы рекомендуем использовать правый нижний (ближайший к вам справа) угол стола 3D-принтера.
1.3.1. Включаем 3D принтер.
1.3.2. Выполняем автоопределение начала координат для всех осей: заходим в настройки принтера поворотом кнопки на блоке управления принтером, выбираем «Quick Settings » и «Home All ». Здесь и далее все команды приведены для 3D-принтера Wanhao Duplicator i3.
1.3.3. Поднимаем лазер по оси Z на необходимую для гравирования высоту (определяемую фокусным расстоянием лазера. Подробно см. инструкцию по настройке фокусного расстояния лазера.) Для начала, координату Z можно установить на высоту 40 см. Перемещение по координатам осуществляем через блок управления принтером, в настройках находим «Position » — «X Pos. Fast », или «Y Pos. Fast», или «Z Pos. Fast», и поворотной кнопкой и изменяем значение координаты.
1.3.4. Методом последовательных приближений перемещаем лазер по осям X и Y, пока не сориентируем его луч на правый нижний угол стола, нашу маркерную точку. Координаты маркерной точки отобразятся на экране. Чтобы убедиться в правильности фокусировки, необходимо включить лазер. Надеваем защитные очки. Соблюдайте технику безопасности при работе с лазером! При включенном лазере работать необходимо ТОЛЬКО В ЗАЩИТНЫХ ОЧКАХ! Включаем лазер через блок управления: переходим в настройки, — «Fan speed » — «Set Fan Full ». При необходимости производим дополнительную подстройку фокуса.
Для выключения лазера используем «Turn Fan Off ». (Дополнительно на верхней раме 3D-принтера Wanhao отдельно установлена страховочная красная кнопка включения и выключения лазера).
1.3.5. Записываем с экрана полученные координаты маркерной точки.
1.4. Пример . Предположим, что координаты маркерной точки: X=200, Y=75. Крепим образец в правом нижнем углу стола принтера край в край. Если размер нашего образца 100х100мм, а гравировки — 60х60мм, и мы хотим расположить гравировку посередине образца, то координаты нижнего левого угла гравировки (самого изображения) будут равны X=120 и Y=95. Вычисления: X= 200 — (100-60)/2 — 60, а Y= 75 + (100-60)/2. Эти координаты понадобятся далее в п.2.2.2. Рекомендуем нарисовать и вычислить самостоятельно.
2.1. Установливаем размер страницы (т.е. рабочего поля 3D-принтера) в рабочем поле документа:
2.1.1. Находим «Файл» - «Свойства документа» - «Размер страницы» (или сочетанием клавиш Shift+Ctrl+D).
2.1.2. В разделе «Общие» обозначаем «Единицу измерения» в «mm ».
2.1.3. В разделе «Размер страницы» в подразделе «Другой размер» - «Единицы» меняем на « mm », «Ширина»: 200 , «Высота»: 200 .
Примечание: 200х200мм - это координатный диапазон работы головки в 3D-принтере Wanhao.
Рисунок 2.1. Вклада «Страница» в свойствах документа
2.2. В InkScape необходимо расположить и выставить требуемые размеры изображения (будущей гравировки). Для этого делаем следующее:
2.2.1. Вносим размер в поля «Ш:» и «В:» (ширина и высота, соответственно). ОБЯЗАТЕЛЬНО указываем единицу измерения - mm. Значок с изображением замка (при включенном режиме) сохраняет пропорции при изменении изображения.
2.2.2. Вносим координаты нижнего левого угла векторного изображения в поля «X: » и «Y: ». Эти координаты должны учитывать расположение маркерной точки. (См. пример в п. 1.3.)
2.2.3. Для получения требуемых координат можно перемещать изображение мышкой или клавишами со стрелками.
Шаг 3: Подготовка файла Gcode из векторного изображения (вектора)
Работа с этой инструкцией подразумевает, что у нас имеется подготовленный векторный вариант гравировки. Вот несколько важных требований к векторному изображению, чтобы получить гравировку наилучшего качества:
Объект должен содержать только один слой изображения
(бывает наложение нескольких слоев одного и того же изображения с разными деталями).
. В векторном изображении не должно быть слишком мелких
(менее 0,5 мм) деталей из картинки (иначе лазер просто прожжет образец, т.к. будет работать в одной точке над мелкой деталью).
. В векторном изображении не должно быть слишком много узлов
, иначе генерация Gcode будет продолжаться часами. Для уменьшения количества узлов используйте функцию упрощения контуров или отредактируйте изображение вручную.
1. Сначала:
1.1. Инструментом выделения и трансформации (в окне инструментов первый сверху в виде черной стрелочки) или нажатием клавиши S или F1 выделяем векторный рисунок, подготовленный для гравировки.
Вокруг выделенного объекта появится черная или пунктирная рамка.
1.2. С помощью мышки или клавиш со стрелками выделенный объект располагаем в оси координат (Х, У) в соответствии с координатами расположения на рабочем столе гравируемого образца. Задать координаты можно также, указав их цифровые значения в верхней строке команд с помощью полей «X» и «Y»:
2. Для генерации Gкода используем первый плагин InkScape: «J Tech Photonics Laser Tool ».
2.1. Для этого в каталоге программы C:\Program Files\Inkscape\share\extensions» должны присутствовать файлы данного плагина («laser.inx», «laser.py»). Для удобства мы прикладываем к инструкции данные файлы для скачивания.
2.3. Указываем в диалоговом окне необходимые параметры для генерации кода:
2.3.1. Команды включения и выключения лазера, используемые для нашего принтера (например, для 3D-принтера Wanhao это команды M106 и M107, соответственно, а для гравера DIY - команды M03 и M05, соответственно).
2.3.2. Скорость перемещения (когда лазер выключен).
2.3.3. Скорость прожига (когда лазер включен).
2.3.4. Время задержки перед движением (прожигом) в миллисекундах после момента включения лазера в точке начала каждого контура.
2.3.5. Количество проходов по гравируемому рисунку
2.3.6. Глубину в миллиметрах за один проход. Этот параметр учитывается в коде при количестве проходов более одного. После каждого прохода добавляется команда, опускающая лазер вниз на данную величину (для сохранения фокусировки).
2.4. Указываем каталог для сохранения файла с нашим кодом. Программа сохранит его, и в следующий раз его не надо будет снова вводить.
2.5. Для запуска работы плагина щелкаем «Применить».
2.5.1. При появлении уведомление о возникновении программной ошибки в результате работы плагина необходимо дополнительно (незначительно) отредактировать вектор и заново запустить плагин. Или использовать другой плагин, например: «GcodeTools ».
2.5.2. Рекомендуем для удобства добавить в сгенерированный код несколько полезных команд. Для этого полученный код открываем в программе Notepad++ (https://notepad-plus-plus.org/).
2.5.2.1. В начало кода вставляем строку «G28 X Y» (Go to origin only on the X and Y axis). Это важно при механическом смещении головки принтера. Команда «G28» (Go to origin on all axes) вернет в ноль все оси.
3. В случае неудовлетворительной работы первого плагина используем плагин: «GcodeTools ».
3.1. Иногда требуется перед вызовом функции «Path to Gcode» запустить последовательно функции: «Orientation points…», «Tools library…», «Площадь…» (eng: «Area…»), подробнее см. уроки на странице разработчиков плагина http://www.cnc-club.ru/gcodetools
3.2. Переходим на третью вкладку: «Параметры…».
3.2.1. Указываем каталог для сохранения файла с нашим кодом в программе, чтобы не вводить его в следующий раз.
3.3. Возвращаемся на первую вкладку «Path to Gcode». Запускаем «Применить».
3.4. Полученный код открываем в программе Notepad++ и далее производим несколько замен по всему коду:
3.4.1. Удаляем все верхние строки до слов « (Start cutting path id:…»
3.4.2. В начало кода вставляем строку «G28 X Y» (Go to origin only on the X and Y axis). Это важно, если вы по каким-либо причинам механически смещали головку принтера.
Примечание: Команда «G28» (Go to origin on all axes) вернет в ноль все оси.
3.4.3. Помещаем курсор в начало файла и нажимаем комбинацию клавиш Ctrl + H. В диалоговом окне «Replace» в настройках «Режим поиска» должно быть выбрано «Расширенный (\r, \n…».
3.4.4. Заменяем везде «(» на «;(»
3.4.5. Заменяем везде «G00 Z5.000000» на «G4 P1 \n M107;»
3.4.6. Заменяем везде «G01 Z-0.125000» на «G4 P1 \n M106;»
3.4.7. Заменяем везде «Z-0.125000» на «» (т.е. везде удаляем «Z-0.125000»).
3.4.8. Заменяем везде «F400» на «F1111» (т.е. выбираем правильную скорость гравировки, например, 1111, что является достаточно быстрой скоростью).
3.4.9. Обращаем внимание, что в этом Gкоде мы не указываем координату Z (высота лазера), т.к. выставим её непосредственно перед запуском лазера.
3.5.Отредактированный Gкод выглядит так:
4. Наш Gкод почти готов для использования в 3D-принтере или гравере с установленным лазером L-Cheapo.
В работе любых программ случаются сбои и ошибки. Вот несколько рекомендаций по преодолению этих проблем:
3.1. Плагин «J Tech Photonics Laser Tool » иногда не ставит пробел в какой-либо строке файла с Gкодом перед «F», например: «G0 X167.747 Y97.2462F500.000000». Для устранения этой ошибки нужно вручную заменить везде «F500» (без пробела) на « F500» (с пробелом перед F).
3.2. Плагин «GcodeTools » иногда выдает пустой файл на выходе. Тогда надо войти в меню «Контур », далее «Оконтурить объект » и повторить генерацию Gcode.
4.1. Использовать программу для визуализации Gcode: Basic CNC Viewer .
Шаг 4: Печатание и прожиг.
После включения принтера выполняем автоопределение начала координат для всех осей (см. Шаг 2 п.1.2.2).
Перед запуском гравировки необходимо выставить высоту лазера Z вручную на принтере, если это не предусмотрено сгенерированным Gкодом.
Оптимальной высотой Z будет та, на которой лазерный луч находится в фокусе на поверхности гравируемого образца.
На верхней раме 3D-принтера Wanhao отдельно установлена специальная красная кнопка включения и выключения лазера.
ОБЯЗАТЕЛЬНО СОБЛЮДАЙТЕ ТЕХНИКУ БЕЗОПАСНОСТИ при работе с лазером. Работайте ТОЛЬКО В ЗАЩИТНЫХ ОЧКАХ при включенном лазере.
Обязательно надевайте защитные очки перед
включением этой кнопки!
Защитные очки можно снимать только после
выключения этой кнопки!
Полезное:
1. Команда M18 (Disable all stepper motors) освобождает столик от блокировки моторами. (При блокировке столик нельзя придвинуть к себе руками). Эта команда полезна в конце выполнения Gкода, чтобы вручную придвинуть к себе столик и снять гравируемый образец.
Я решил его переосмыслить и дополнить. Основная идея - установить лазер не вместо, а вместе с экструдером и заставить все это работать без перестановок железа, создания отдельного координатного стола и без модификаций оригинальной прошивки принтера.
В этой части опишу все железо, необходимое для подобной модификации, нюансы выбора, установки и настройки, но прежде всего:
Лазерный диод
Начну с самого дорогого компонента. Опустим бесчисленное множество параметров, приведенных в даташите и обратим внимание лишь на некоторые:
Мощность. Самый главный параметр. Чем больше мощность - тем быстрее можно резать/выжигать. тем больше глубина реза за проход и прочее. Для себя я решил, что меньше 1,6Вт рассматривать не стоит, ибо всегда должен быть запас, и чем больше - тем лучше.
Длина волны. Для самодельных резаков чаще всего используются лазеры с длиной волны в 445-450нм. Для них полно линз, и их свечение находится в видимом спектре. От выбора цвета зависит то, как хорошо лазер будет резать материалы определенных цветов. Например, синий лазер не очень хорошо справляется с синим оргстеклом и прочими синими поверхностями, т.к. его излучение не поглощается материалом.
Номинальный рабочий ток. Обычно пропорционален мощности. Для 1,6вт-диодов характерен ток 1,2А. У 3,5Вт номинальный ток 2,3А. Этот параметр важен при выборе драйвера. За более точной информацией стоит нужно посмотреть datasheet конкретного лазерного диода.
Тип корпуса. Наиболее распространенные - TO-5 (9мм), TO-18 (5,6мм - его иногда называют To-56). Влияет на подбор лазерного модуля.
Приведу несколько типичных лазерных диодов:
Крепление. Оно же - радиатор. С обдувом даже для 3,5Вт-лазера такого радиатора достаточно, он греется где-то до 50 градусов.
Установка
Вариантов установки крепления для лазера великое множество. Тут стоит даль волю инженерной мысли и чего-нибудь придумать. Обязательно предусмотрите вентилятор над лазером, он нужен как для его охлаждения, так и для того, чтобы сдувать дым из рабочей области. О подключении и управлении доп.вентиляторами читайте .
Можно примотать стяжками, но лучше сделать жесткое болтовое крепление с переходной пластиной, наподобие того, как это сделал я:
Универсального варианта тут нет, но есть несколько критичных моментов, которые нужно соблюсти:
1. Нужно закрепить модуль как можно ниже, на уровне сопла, точнее, чуть выше его, оставив место для регулировки линзы (около 1см). Это связано с фокусным расстоянием - отдалить модуль по Z мы можем всегда, а вот приблизить будет проблемой, если регулировки не хватит. Я об этом не знал, и регулировки хватило едва-едва.
2. Лучше всего закрепить модуль соосно с экструдером - тогда пострадает размер рабочего хода только одной из осей. И чем ближе к экструдеру - тем меньше "штраф".
С подключением все просто, питание на драйвер согласно полярности, подключение диода согласно полярности. Соблюдайте полярность , в общем. Управляющий TTL провод - к контакту D4, D5, или D6 в случае, если у вас RAMPS. Покажу на примере, как это выглядит у меня (TTL-управление на D6):
Настройка тока лазерного диода
После того, как все установлено и подключено, можно заняться настройкой тока. Для этого выкрутите линзу у лазера и/или подложите под него кусок кафельной плитки, чтобы он чего-нибудь не прожег. Также нужно включить в разрыв "минусового" провода лазерного диода амперметр (см. схему выше). Можно временно подключить мультиметр, а можно поставить отдельную измерительную головку, как это сделал я. И не забудьте одеть защитные очки. Алгоритм такой:
1. Включаем принтер.
2. В Pronterface пишем M42 P* S255 , где * - номер контакта, к которому подключен управляющий TTL провод драйвера
3. Берем отвертку и начинаем медленно вращать маленький подстроечный резистор на плате драйвера, попутно поглядывая на показания амперметра. Если это этот драйвер, то ток до включения лучше выкрутить в 0 (против часовой стрелки до щелчков), т.к. в нем по умолчанию выставлено 2А, что может спалить 1,6Вт-диод.
4. Выставляем по амперметру номинальный ток своего диода и пишем M42 P* S0 для его отключения. (* - см. выше)
5. Отключаем мультиметр от цепи (опционально).
Настройка фокуса лазера
Тут все достаточно индивидуально. Фокус можно настраивать как перед каждой операцией резки, так и единожды, потом просто передвигая каретку по Z в зависимости от толщины обрабатываемого материала. Также есть разные подходы к настройке фокуса по детали: можно выставлять фокус по верху заготовки, а можно по середине. Я выставляю по верху, т.к. редко что-либо режу и меня не беспокоит расфокусировка при опускании луча в материал.
Настраивается так:
1. Загоняем все оси в home (G28).
2. Поднимаем каретку. Величина поднятия зависит от толщины обрабатываемого листа. Я не предполагал на своем принтере обрабатывать ничего толще 6мм (по фанере выжигать), поэтому поднял каретку чуть выше - на 8мм. Команда для поднятия - G1 Z8, ну или просто потыкайте стрелочки в Pronterface.
3. Кладем заготовку, закрепляем канцелярскими зажимами, наводим лазер на нее.
4. Включаем лазер. Много мощности на этом этапе не требуется, должна быть четко видна точка. M42 P* S1
5. Крутим линзу до тех пор, пока луч не сфокусируется в маленькую точку. Если не хватает регулировки - поднимите каретку еще где-нибудь на 5-10мм, и снова покрутите линзу.
Итого сборка, подключение и настройка завершены. В следующей статье будет руководство по подготовительным командам и обзор софта для работы с лазером.