Технология производства чпу выжигателя своими руками. Какой ЧПУ выжигатель лучше – проволочный или лазерный? Расходные материалы и обслуживание

Все фото из статьи

В художественной графике существует такой термин, как пирография, который буквально обозначает рисование огнём и для этого используют самодельный или профессиональный выжигательный аппарат по дереву. Но при этом не следует забывать, что здесь может происходить не только отделка цельной древесины, но также фанеры и пробки, кожи и плотной ткани, картона и фетра.

Только сам наконечник инструмента, конечно, будет отличаться по величине и даже по конфигурации. Мы расскажем вам, какие бывают виды приборов и можно ли их сделать самостоятельно, а также предлагаем вашему вниманию видео в этой статье.

Инструменты для пирографии

Виды выжигателей

Примечание. Вне зависимости от марки или даже бренда производителя, все выжигательные приборы могут быть разными не только в соотношении цена – качество, но и по способу нанесения рисунка.

• Самый распространённый прибор для выжигания по дереву, это аппарат с нихромовой петлёй, которая как раз и является носителем высокой температуры, действуя по принципу спирали – на замыкание, то есть, она нагревается во время замыкания через неё ноля и фазы . На заводских устройствах зачастую есть переключатель мощности, который может быть плавным или шаговым (щелчковым), что, по сути, не имеет никакой разницы.
  Основное удобство проволочной петли заключается в том, что её накал и полное остывание происходит за несколько секунд, следовательно, вам не придётся держать постоянно такое устройство во включенном состоянии, а это, в свою очередь, положительно отразится на расходе электроэнергии.

• Кроме того, для ручной работы используется аппарат со сменными насадками, как на фото вверху, который также может быть задействован в качестве паяльника при работе с оловом и канифолью (электрические устройства и платы) . Такое устройство и нагревается тоже, как обычный паяльник, при помощи вмонтированной спирали у держателя насадки, поэтому, процесс прогрева и остывания происходит достаточно долго и при работе его обычно не отключают от сети.
  Но этот недостаток в некоторой степени компенсируется переключателем мощности и чтобы насадка полностью не остывала, тумблер переводят на самый слабый режим, хотя замену насадок лучше производить в холодном состоянии, так как металл при нагревании расширяется и можно разломать держатель.

• Кроме обычных, заостренных насадок, на выжигатель, работающий по принципу электрического паяльника, можно надевать насадку в виде клейма, то есть, это будет та же самая насадка, только с окончанием в виде плоскости с рельефным изображением . Такие приборы чаще всего применяются для маркировки или серийного производства каких-либо поделок и работают от сети 220В.

• Конечно, самый дорогой инструмент, это станок — выжигание лазером по дереву с высокой точностью достижимо только при механизированной обработке с числовым программным управлением . Преимущество пирографа состоит в том, что он управляется через компьютер, и вы сможете закачать туда программу с нужным вам изображением (рисунком или надписью).

Собираем прибор самостоятельно

Примечание. Чтобы сделать электровыжигатель по дереву своими руками в данном случае нам понадобится паяльник, старый блок питания, например, от шуруповёрта или мобильного телефона (в нашем случае это будет зарядное от айфона 5,1В 2А), две толстые иглы (от шприца и швейную) и шпажка для барбекю.
Кроме того, нам нужны сапожные нитки, флюс (канифоль) и припой (олово).

Для начала от иглы для шприца откусываем насадочный раструб – он нам не понадобится, но второй экземпляр лучше всего взять не медицинский, а для шитья.

Теперь берём шпажку для барбекю (её, кстати, можно сделать и своими руками, отколов кусок сосновой деревянной рейки) и приматываем к ней синтетической сапожной ниткой иглы так, чтобы они располагались вдоль деревянного держателя на противоположных сторонах, как это показано на фотографии выше. При этом постарайтесь, чтобы швейная игла оказалась чуть-чуть длиннее медицинской, примерно, на 2 мм.

Теперь нам нужно аккуратно подогнуть кончик швейной иглы к медицинской, чтобы её остриё попало как раз в выпускной срез отверстия (так фиксация будет более надёжной). Но не старайтесь замыкать концы так, чтобы они были в напряжении – вполне достаточно будет лёгкого касания.

В продолжении темы open source project*. Как и все истории начинаются со слов, - дело было вечером... В данной ситуации, немного всё по другому. Прошлым годом был спроектирован, и собран (практически на спор) чпу фрезер распечатанный на 3D принтер . . Станочек собран, запущен, был навешен лазер 5.5 ватт. После «игры» с лазером, сам фрезер отошел на второй план. Начал выжигать. Как известно лазер очень хорошо работает с векторной графикой, в этом плане равных ему можно сказать нет, но вот с растром начинаются проблемы. И тут вступает в силу человеческое «хочется больше!». Не долго думая, первое что пришло на ум, нихромовый выжигатель, попадавшийся мне мимолетно на глаза пару лет назад. Да и финансовых вложений требовал куда меньше чем стоимость самого лазера.

Как это работает?
Принцип работы можно сравнить, точнее опробовать имея под рукой паяльник. Нагрев его до максимально температуры, начать медленно проводить по деревянной поверхности, чем медленней проводишь, тем темнее получается прожженная поверхность, если очень быстро провести, то поверхность не успеет прогореть (слишком короткий контакт с поверхностью) на рисунке можно изобразить это так: (по этому алгоритму и построено программное обеспечение)

На максимальных скоростях, цвет остается практически неизменный относительно поверхности.

Проектирование и сборка

Изначально, конструкция должна быть не по классической схеме, но немного подумав решил всё таки оставить классику, т.к. нужно было испытать один элемент конструкции, а именно ось X c кареткой. Проще говоря, как поведет себя каретка на двух линейных подшипниках. Хоть нагрузки станок не несет абсолютна никакой при работе, но все таки два, это маловато, китайский люфт он беспощадный

В целом, если не считать «мелочевки» в конструкции используется всего 8 напечатанных деталей, при которых уже возможен старт станка, в общем деталей 11 на данный момент, (крепление для ардуинки, крышка с куллерами и прочее). Из за своей «простоты» узлов, размер в теории может быть любой, в теории, потому что валы 8мм свыше метра, полагаю уже есть не совсем хорошо. Да и изначально станок планировался таких размеров, чтобы легко помещался лист формата А3. Но из за того что как оказалось позже, у меня не нашлось направляющих 500 мм для оси Х, так как их израсходовал на фрезер, а были в закромах 800мм. Резать стало жалко, оставил их какие есть, от чего станок в размерах вырос. Как оказалось в процессе эксплуатации, это только огромный плюс.

Рама из алюминиевого квадратного профиля 20х20 мм по периметру, и "стол" из того же материала 12х12мм, скреплено это всё заклепками. Можно и на болтах скрутить, но не стал заморачиваться лишними телодвижениям, заклепки свою задачу выполняют сполна

Чем хорош такой каркас, тем что в трубах, легко прячется проводка, тем самым выигрывает общий внешний вид

Общий вид:

Электроника:

Построено это всё на базе Arduino UNO + cnc shield 3.0 соответственно. Причем шилду у меня в хозяйстве выделена роль цыгана, качует от станка к станку... один на всех, эдакий проститут чпушный)) (банально нету средств заказать дополнительно). Прошивка GRBL 1.1. Питается сие хозяйство, в том числе и накал жала, от 12-ти вольтового блока питания 40А (40 это слишком много, просто другого не было) 20 - 25 ампер по предварительным расчетам вполне достаточно.

Принудительное охлаждение драйверов

Программная часть:

Для генерации g-кода использую замечательную бесплатную программу Конвертер Bmp в GCode . Чем очень понравилась, тем что есть настойки скорости черного цвета, т.е. экспериментально подбираем при какой скорости прожигается черная линия не портя при этом поверхность "не впиваясь в нее"и выставляем это значение в программе. Таким образом пришел к выводу, что регулятор накала жала по сути не нужен, достаточно один раз при сборке установить максимальный накал, и найти минимальную скорость черного цвета. В дальнейшем при выжигании, если нужно сделать фотографию более светлую, то просто увеличиваем скорость значения черного цвета, жало передвигается быстрее, отсюда и "рисуемая" линия светлее. Максимальный накал может ограничиваться лишь одним параметром, - максимальной скоростью хода каретки и ускорения, в моем случаи максимальная скорость каретки 16700 мм/с, увеличить скорость можно поставив шкив на мотор, большего диаметра. Эксперименты по поиску продолжаются. После того как файл кода сгенерирован, его уже можно запихнуть в любую программу которая "умеет" отправлять код на ардуинку. Я использую LaserGrbl, уже как то привык, удобно что показывает время выполнения программы, можно нажать паузу, и прочие плюшки.

И вот механика собрана, электроника подключена, ардуинка прошита и настроена под параметры механики, на угад пальцам в клавиатуру ставлю параметры, нифига не понимая какой шаг по Y делать, вообще впереди в голове куча вопросов и тестов.
Первое выжигание

Посмотрев на сие безобразия, с умными глазами почесав затылок, стало понятно как той козе что надо менять настройки программы исходя из характеристик механики. Решил немного погуглить, углубиться в тему. Тонны бесполезных страниц в сети, пару веков видео на ютубе, которые просто показывает как выжигает, без особых закадровых текстов, в общем ничерта ни от кого ничего не узнал, у всех всё так красиво но не понятно как. Наткнулся на "загадаШный" принтер не буду оглашать его название многие и так поймут, лишь скажу что его цена я прямо попутал где лева где право. И тут я окончательно задумался. Цена на него не маленькая, наверняка есть какая то фишка, от чего и складывается такая сумма, значит я сделал что то не так...
Глянув хорошенько на первый тест выжигание, делаем вывод, слишком большая скорость каретки, низкая температура жала, большой шаг между строками. Меняем настройки, повышаем температуру, жжем:

Ну вот, уже по лучше подумал я, но что за дикие полосы? Понимаю что расстояние между полосами меньше где больше черного. А дело в том что на жале со временем как и на паяльники появляется нагар, и когда он достигает критической скажем так массы, нагар скалывается, и резко повышается температура жала, в следствии чего появляются разница оттенков, скорость то при этом ведь постоянная. Здесь велосипед придумывать не пришлось, всё уже умные люди придумали за меня, у которых всё красиво и без косяков. Линейка. При подходе к координате X=0, жало наезжает на металлическую линейку, буквально на сантиметр. Но тут тоже есть небольшая хитрость, в сети по этому поводу не нашел информации, просто следовал логике и ошибок. Вариант первый, НЕ правильный:

Не верен он тем, что подходя к линейке, жало которое получает некое давление на поверхность за счет в моем случаи обычной резинке, нужно "взобраться" на поверхность нашего очистителя, и чем она толще, тем всё печальней, так что линейка должна быть самая дешевая, т.е. самая тонкая, но и этого не достаточно, за счет того что жало находится в раскаленном состоянии, да и нихром не совсем уж такой и жесткий материал, удар об острый угол, просто загибает жала в бараний рог. Выход. Немного подточить край:

Сделать это можно с помощью дочки болгарина, или любыми другими способами, делать сверх острым смысла нет, проверенно. Просто подточить уголок, и проблема решена.
Пробуем дальше:

Результат в прямом смысле на лицо. И всё, тут понеслась! Сжечь всю фанеру в хате!

Много загружать фотографий не стану, т.к. еще не всё идеально, впереди тесты тесты и еще раз тесты, нужно найти максимальные его возможности, тем самым увеличить скорость. Не быстрое это удовольствие, последние два выжженных фото в среднем печатались 5 с половиной часов каждое, размер 310х410. При этом средняя скорость исходя из кода, примерно в 50-60% его возможностей.На этом очень коротко, но всё. Примерная сумма комплектующих для сборки сей шайтан-машины около 4т.р (позже назову более точную сумму) Исходя из того будет ли Вам это интересно дальше, то последует следующая статья, с завершенным проектом, и окончательными его возможностями.
Ссылка на проекты kirviks

Какими характеристиками должен обладать ЧПУ выжигатель, чем отличаются изделия и есть ли возможность сконструировать их самостоятельно? Специалисты предупреждают, прежде чем оправляться в магазин за прибором или пытаться собрать его, необходимо понять механизм действия ЧПУ станка и продумать, какая будет оптимальной.

В последнее время пирография развивается и набирает особую востребованность, люди заказывают у профессионалов выжженные по дереву картины и портреты в качестве сувениров и подарков. Поэтому у опытных мастеров и любителей подобного занятия появилась идея открыть собственный небольшой бизнес, основанный на выжигании изображений.

Лазерный ЧПУ выжигатель относится к последним разработкам.

Лазерный выжигатель с ЧПУ

Главной отличительной чертой прибора является возможность точно прорезать и вырисовывать границы, высокий результат достигается за счет того, что станок рисует по древесине точками. Преимущества лазерного станка:

• Благодаря высокой точности станком удобно выжигать мелкие надписи и таблички – изображение будет четким с яркими контурами.
• Лазерный выжигатель подходит для обработки дерева, кожи, бумаги и пленки.
• Станок исправно работает в помещении с низкой или высокой температурой, сквозняки и перепады не влияют на функционирование.

Есть основные недостатки.

Поскольку станок рисует точками, вывести лазером полутона и тени не удастся. Добиться объемного изображения не получится даже у опытного художника с оптимально настроенной программой.

Лазерный ЧПУ станок работает медленно. Специалисты уверяют, чтобы нарисовать портрет размером 25×25 сантиметров, мастеру придется потратить около 13 часов. Необходимо учитывать, картина будет светлой, возможно, потребуется дополнительная прорисовка.

При увеличении фотографии перед переносом на полотно, выжигатель прорисует ее пикселями. Внешне изображение будет напоминать мозаику.

Мастера утверждают, излучает слишком яркое свечение, со временем такая яркость негативно скажется на зрении.

Выжигатель с нихромовой нитью

Приспособление оснащено другим механизмом воздействия, придающим выжженным изображениям существенный объем, рисунки кажутся натуральными и насыщенными. Изображение наносится на древесину нихромовой нитью, яркость цвета зависит от температуры прогревания нити и времени воздействия на поверхность.

Во время прорисовки теней проволочное жало нужно быстро провести над поверхностью, не задерживая на дереве. Но если рисунок требует ярких и толстых линий, проволоку можно оставить на 3–4 секунды.

К достоинствам станка специалисты относят:

• Насыщенность рисунка регулируется на аппарате специальной кнопкой.
• Функция помогает придать изображению любую интенсивность в зависимости от пожеланий клиента.
• Выжигать картины легко по дереву и коже.
• Чтобы прорисовать картину размером 25×25 сантиметров, у опытного специалиста уйдет 3 часа.
• Рисунок не будет пиксельным при вытягивании и увеличении фотографии.
• Во время выжигания аппарат не излучает вредный свет.

Недостатки агрегата

Чтобы выполнить работу качественно, мастеру требуется поддерживать в помещении постоянную температуру. Небольшой сквозняк остудит нихромовое жало, на изображении появится белые полосы и светлые участки, работу придется переделывать.

Нихромовое жало быстро изнашивается, его замену производят через каждые 5 картин. Несмотря на то что нить обладает невысокой ценой, ее замена отнимает много времени.

Самостоятельное изготовление станка

Поскольку выжигатель по дереву дорого стоит, приобрести изделие способен человек с высоким доходом, мастера пытаются соорудить машины своими руками.

Сконструировать подобное изделие сложно, человеку придется потратить много времени, сил и средств.

Гравировальный станок может послужить как основа для изготовления лазерного выжигателя

Если мастер обладает определенными навыками в электронике и хорошо пользуется инструментами, основу несложно соорудить самостоятельно.

Специалисты утверждают, легкий способ – сконструировать станок из ненужного принтера, прибор будет при помощи ременной передачи и управления компьютером перемещать стол в поперечном направлении.

Над столом рекомендовано закрепить каретку от печатной машинки с подвижной частью, передвигающейся во всех направления. Игла выжигателя фиксируется к подвижному элементу. Завершающий этап – соединение двигателя с компьютером через специальный блок и установка оптимальной программы, подходящей для выжигания изображений.

Опытные мастера уверяют, что собрать выжигатель собственноручно довольно сложно. Вероятность того, что изделие будет работать должным образом с первого раза, составляет около 50%. Показатели заставляют задуматься специалистов над целесообразностью производства такого агрегата в домашних условиях.

В сети можно прочесть объявления: «Продам (куплю) лазерный ЧПУ выжигатель!» Он воспринимается, как возможность открыть бизнес. В комплекте ЧПУ выжигателя с нихромовой нитью (сплав никеля и хрома), должен быть ноутбук, блок ЧПУ и нить из этого сплава. Как правильно определиться?

Какому отдать предпочтение?

Основное преимущество лазерного выжигательного станка с ЧПУ (его ещё называют пирографом ЧПУ, а процесс выжигания на нём – пирографией) – высочайшая точность. Рисунок на дереве и коже наносится точками. Таким образом, пишут тексты, бейджики и наносят изображения, имеющие четко обозначенные границы, создают чертежи. Даже делают свадебные приглашения на коже и дощечке с выжженным фото молодых и текстом приглашения.

Среди минусов выжигателей лазерного типа:

• невозможность получения адекватных полутонов, тени на лице получаются за счёт того, что густота черных точек уменьшается, а это заметно с небольшого расстояния;
• очень невысокая скорость (устройство выжигает 10 точек изображения в секунду), для получения картинки 20х20 см понадобится 10 часов;
• редактируя изображение (увеличивая фотографию), получаем мозаику из квадратиков на выжигаемой поверхности материала;

• яркость свечения от лазера отрицательно сказывается на зрении (работать можно только в специализированных очках, подобранных под тип свечения данного лазера);
• минус в работе – деготь деревьев, попадающий на картину при выжигании; можно сделать дополнительный обдув, но образуется сильный шум и сложно говорить о комфортной работе;
• сложность прочеса подготовки доски. Те, кто работает с деревом, снижают интенсивность текстуры древесины содовым раствором. После этого заготовку надо хорошо вымыть и высушить. А если это фанера – она может от влаги по краям вздуться.

Поэтому многие мастера отвергают лазерный выжигатель с ЧПУ, а свой выбор останавливают на ЧПУ выжигателе нихром.

Выжигатель проволочный и его достоинства

Если же выжигать с нихромом (проволокой или так называемой нитью из этого материала), то налицо такие «плюсы»:

• получаются «живые» изображения, где есть тени, полутени и оттенки. Полутона достигаются при изменении температуры (нихромовую нить нагревают больше или меньше, одновременно регулируя время контакта проволочного жала с поверхностью;
• реально контролировать насыщенность изображения на самом ЧПУ для получения картинок с различной интенсивностью;
• тот же портрет 20х20 см мастер выжигал около 2 часов, в 5 раз быстрее, по сравнению с лазерным станком. А это большое достоинство при выжигании по дереву с ЧПУ картин большого формата.
• заготовку проще подготовить к работе;
• глазам не вредит яркое свечение;
• не выделяется дёготь, а, значит, и обдув не понадобится.

У нихромового выжигательного устройства есть недостаток: необходимость поддержания стабильной температуры в помещении. Но есть выход – закрывать окно, чтобы не было сквозняка. Есть небольшой запах при выжигании, помещение придётся проветрить после окончания работ.

Ещё один минус – нихромовая нить в выжигателях должна меняться через 5-7 картинок. Он не касается расходов, поэтому бизнес не пострадает. 1 жало, сделанное из нихрома, стоит 2-3 рубля.

Поэтому, если принято решение собрать выжигатель своими руками, то он будет с нихромовой нитью.

Различные модели самодельных приборов

В сети реально познакомиться с выжигателями, способными создавать рисунок на фанере, металле и даже на стекле, достигая высокой фотографической схожести изображений. Стоит бегло рассмотреть несколько вариантов:

1. Самодельный лазерный станок для выжигания, его ещё называют пиропринтер, может управляться с ноутбука, тогда LPT кабель не понадобится. Но практически, учитывая дороговизну, лазерный ЧПУ выжигатель применяется значительно реже, хотя и у него есть свои приверженцы.
2. Для простейшего варианта – лазерной ручки – понадобятся такие элементы:

• лазерный ИК диод (1W на выходе) и оптоволокно;
• один из видов механического карандаша;
• охладительный радиатор от ненужного телевизора с нанесённой термосмазкой для улучшения теплопроводности;
• батареи, желателен тип 2АА или D;
• защита для глаз – очки, фильтрующие лазерное излучение – 750 – 900 нм.

Разобрав тонкий механический карандаш (лучше брать, имеющий металлический корпус), нужно отрезать оптоволокно по длине карандаша и вставить в наконечник. Закрепляют эпоксидкой или каплей клея, присоединяя к проводу и питанию. Как видите, – чего-то сложного в этом примере нет.

1. Фанерный гравер небольшого размера – ЧПУ для выжигания по дереву можно создать из старых ЗD принтеров. У этого самодельного лазера фокус регулирует линза, её хода достаточно, чтобы фокусировать световое пятно (по высоте материала) в пределах 10 мм. А если учесть затраты на числовое программное управление устройством, то вся конструкция вместе драйверами и направляющими обходятся в пределах 5500 рублей.
2. Можно сделать гравировальный ЧПУ станок из старых CD/DVD приводов. Как пример, разбираем три DVD привода, оставляя на металлическом шасси ШД и механизм скольжения. Провода управления надо припаять к ШД (или к контактам двигателя или к кабельному шлейфу).

Каждая платформа осей Х и Y приклеивается к деталям механизма двигателя. Такой лазерный ЧПУ выжигатель имеет 2 механизма перемещения, в вертикальных перемещениях он не нуждается. В виде шпинделя используют электродвигатель, имеющий 2 винтовых зажима. Для управления ШД служит Easydrivers в комплекте с Arduino. Лазерному светодиоду из ранее разукомплектованного DVD-R привода отводится роль инструмента для пирографии.

1. Если же собираем для своих нужд ЧПУ своими руками по схеме – станки по выжиганию с нихромом (он имеет высокую жаропрочность и способен разогреваться до весьма высоких температур, не подвержен коррозии, очень эластичный); надо приобрести проволоку из этого материала.

Её можно изъять из старого лабораторного реостата или же электроплитки с нихромовой спиралью.

Внимание! Выбирают нихромовую нить, учитывая диаметр, длину и марку сплава.

Самым востребованным считают диаметр от 0,17 – 0,8 мм, способный выдержать температуру накала 1200˚C.

На фото внизу: 3 примера выжигаемого изображения, по принципу – я выжигаю, пусть и другие узнают, что такое пирография с программным управлением станками и какой получается результат.