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レーザー加工

2018年5月13日 (日)

レーザー彫刻実現

これまでもCNC加工機械を使ってクラフト制作していますが、機械自体はフライス盤なのでエンドミルなどの刃物を使って加工するのが基本です。
 
僕はそれにレーザーモジュールを取り付けてレーザー加工もできるように改造しているのですが、レーザーをベクターラインに沿って加工して切り絵などはできるようにしています。
ただ以前からずっとやってみたいと思っていたレーザー彫刻はCNCドライバーからの信号の取り出し方などがよく分からず実現できないままで来ていました。
レーザー彫刻をするためには写真などの濃淡をレーザー出力の強弱に変換するTTL信号(PWM)が必要です。
 
しかしひょんなことからその信号の取り出し方が分かり、機械の改造とレーザーモジュールへの信号の渡し方などを改造し、やっと望んでいたレーザー彫刻ができるようになりました。
 
それがわかったのは以前にも記事を書いているUSBオシロスコープを使ってCNCドライバーの端子を探りながらレーザー彫刻用の信号が出ている端子を見つけることができたおかげです。
もちろんレーザー彫刻用のソフトも必要で、写真や絵などをスキャンしてレーザー彫刻用の信号を発生する必要もありますが、そのソフトはCNC加工ソフトに付属していました。
(だからなおさら是が非でも実現したいと思っていたと言うこともあります)
 
もちろんレーザーモジュールの出力は5W程度と小さいし機械も小型のフライスマシンなので動作速度も遅く、実際の加工時間は出力が大きく高速で動作するCO2レーザー加工機などの比ではありません。
おそらく40WクラスのCO2レーザー加工機の5~10倍ぐらい遅いと思います。
 
それでも今の機械でレーザー彫刻ができるようになっただけでもかなり今後のクラフト制作の可能性が広がります。
 
まだ加工対象の材料などに対しての設定を試行錯誤中ですが、とにかく写真を取り込んで試作してみました。
小さなものをいくつか試してみた後、少し大きめの加工に挑戦してみました。
横約29cm、縦約20cmの有り合わせのMDFの板に熊本城の写真を焼き付けてみました。

P1050211

なかなか良い感じに焼き付けることができました。
 
X軸方向の送り速度は1000mm/min、Y方向のステップは0.25mmで設定しています。
この機械の移動速度は最高で2500mm/minあたりなのでX軸はそこまで速度は上げられるのですが、レーザー出力が弱いため絵自体が薄くなってしまいます。
このサイズの加工で3時間あまりかかりました。
専用のCO2レーザー加工機であれば十数分程度で終わるのでしょうね
 
でも加工中は放っておけば良いだけで、その間他の用事はできるので大した問題ではないと思っています。(半分負け惜しみ
 
でも写真にフレームを入れたり文字を入れたりして一つの画像として作成しておけば加工時間は変わらずに一度で焼くことができるので、何とかなるでしょう。
ちなみにプラスチックでは溶けるだけでダメだったし、アクリルはレーザーの出力が弱いので歯がたちませんでした。
 
取り敢えずプリンターでは絶対印刷できないMDFの板に写真や絵をレーザー彫刻ができるようになっただけでもhappyです♪
リトフェインならエンドミルを使って加工できるけど、レーザー彫刻はリトフェインとはまた違った趣がありますね。
 
 
 

2015年5月10日 (日)

ポップアップカード試作その2

昨日朱色の画用紙で作ったポップアップカードと同じものを、再度白の画用紙で作ってみました。

昨日ある方から頂いたコメントでふと思いついたことがあったので、それを試してみようと思って。
 
白の画用紙で折り線を入れる時、レーザー出力を下げ過ぎると線が入らず、逆に少しでも上げ過ぎると切り込みが入ってしまい、俗にいうハーフカット状態になって折るときに切れてしまうことが多かったのですが、もしかしたら紙の繊維の方向によって多少違うのではないかと思い、折り線が紙の繊維方向と直角になるように加工してみました。
そうすれば多少切り込みが入ってしまっても折るときに切れてしまう可能性が少しは低くなるのではないかとの期待を込めて。
今回のようなポップアップカードは折り線は基本的に横線だけなので、紙の方向を決めるのはごく簡単です
 
ちなみに紙、特に西洋紙にはほぼ必ず繊維の目(繊維方向)があります。
紙を手でちぎるときに繊維方向に沿ってちぎればほぼ直線状に綺麗にちぎれるし、直角方向だと曲がってちぎれてしまうはずです。
 
加工自体は昨日のと同じですが、やはり白い紙だと線入れだけでもレーザー出力を高めにしないと線が入りません。
そしてやはり線入れも繊維方向に関係してくるのかどうかは定かでありませんが、以前白の画用紙を加工したときよりも出力を高めにする必要がありました。
今日は出力二十数%でやっと線入れができましたが、やはり多少切り込みが入ってしまったようです。
 
加工後早速折ってみました。
P1030286
作品としてはやはり白い紙の方が各部も目立つし感じが良いです。
切断面がレーザーで焼けて黒くなっていることも、輪郭がはっきりしてメリハリがつく効果があります。
 
P1030285
山折りの箇所は折り曲げた時にやはりかなり切り込みが入ってしまいますが、前の時のように完全に切れて離れてしまうところは今回無くどうにかもってくれました。
やはり紙の繊維方向の効果があるのでしょうか・・・。
 
斜め前や上から見ても朱色の紙よりは見栄えが良いです。
P1030287
 
P1030289
 
 
もちろん平らに広げることも完全に折りたたむこともできます。
P1030290
 
P1030292
でも何度も開閉してると最後には折り目が切れてしまうでしょうね
 
それにしても1枚の紙を切り抜いて作るポップアップカードは加工自体は簡単だけど折る作業が僕には難しすぎる・・・
別のパーツを作ってそれを折りながら貼り付けて行くポップアップカードの方が、パーツはたくさん作らなければならないかもしれないけど、製作自体は簡単かもしれません。
巷でよく見る飛び出す絵本のような感じですね。
何時かそれにも挑戦してみようと思っています。
 
 
 

2015年5月 9日 (土)

ポップアップカード試作

先日レーザー出力可変化で線入れもできるようにしたので、本日違う色のペーパーで再度ポップアップカードを作ってみました。

ペーパーの色は朱色なので出力をかなり絞っても線入れができます。
はっきり言って出力を最小に絞っても、、つまりポイントの位置を確認するだけの出力でもレーザーを移動させればうっすらと線が入るぐらいでした。
ある程度視認できる程度に線入れを行なうにも、ボリュームの位置を5%にすればはっきりと入りました。
これ以上上げるとおそらく切り込みが入って、山折りにした時に切れる可能性が高くなると思います。
P1030277
 
上の画像では横線(折り線)がよく分りませんが、拡大してみるとしっかり入っています。
P1030280
薄く見えるかもしれませんが、これ以上出力を上げると切り込み(ハーフカット状態)になってしまうでしょう。
折り曲げるのでなく模様としての線入れであれば、もう少し出力を上げれば黒い線をはっきりと入れることもできます。
 
実際に折ってみました。
段々と折り方のコツをつかんできて、少しはマシに折ることができるようになってきました
P1030283
各部分ごとで山折りと谷折りを使い分けながら折っていくのは、思っていたよりかなり難しいものです。
切断と線入れの加工自体は数分でできるのに、折る工程で30分以上かかりました。
まだまだ下手です
 
P1030282
 
P1030284
建物は『講堂』です。
平面の時のサイズは縦横22㎝の正方形です。
もちろん平らに広げることも完全に折り曲げることもできます。
これより小さなサイズのものも作れるのですが、そうすると前面の柱のように細い部分がもっと細くなって切れてしまう恐れがかなり高まります。
あまり細い部分が無いような図案だとサイズの小さなポップアップカードも作れるでしょう。
裏に別の色の紙を貼り付ければもっと見栄えの良いちゃんとしたポップアップカードになるでしょうね。
 
本当は白いペーパーで作れば陰影がもっとはっきりして良いので、線入れの出力をよく検討して再度挑戦してみようと思っています。
一応ポップアップカードも作れる見通しが立ったので、また切り絵の世界が広がりそうです
 
 
 

2015年5月 8日 (金)

レーザー出力可変化計画 取り敢えず完成♪

以前から進めてきたレーザー出力可変化計画が、まだ改善する余地はあるのですが取り敢えずは完成しました。

と言っても実際はGW前には完成していたのですが・・・
 
制作していたTTL信号発生基板と出力調整用のボリュームを機械に取り付けるためのボードをMDFで作り、それぞれを取り付けました。
 
ボリュームの部分には出力量が分りやすいように目盛を彫り込みました。
P1030236
 
裏側の基板部分です。
P1030238
右側が広く空いてるのは機械に取り付けるために必要なスペースです。
 
基板部分の拡大。
P1030239
右端にある黒い箱状のものは以前にも使っていたZ軸の上下によりレーザーをオンオフするためのリレースイッチです。
今回は555タイマーICで発生させたノコギリ波をこのリレーで断続してコンパレータ-に渡すことで、レーザーのオンオフをするようにしています。
 
機械に取り付けたところです。
P1030257_2
実際に切り抜きと折り線用の線入れが必要なポップアップカードを加工してみました。
画像ではレーザー出力を100%にして切り抜きを行なっています。
 
線入れの場合は紙の種類や厚み、色などによって出力量が変わってくるのですが、白い紙では出力15%ぐらいで線を入れることができました。
赤や青、黒い紙では10%以下でも線入れを行なうことができますが、下げ過ぎると全く線が入らないとか、少し上げると線が深く入って折り曲げると切れてしまうなどと、結構微妙です。
少し試行錯誤しながら切り抜きと線入れが終わったものです。
P1030262
ポップアップカードの場合、縦線のほとんどは切り抜きで横線は折り線になります。
折り線にも山折りの部分と谷折りの部分があり、山折りの場合はレーザーで焼いて線を入れているのでわずかに切れ目が入っているため折り易く、谷折りになるところは裏側に切れ目が無いため多少折り難いので、谷折りの線は折る位置の目安程度と考えた方が良いでしょう。
実際にこのポップアップカードも折っているときにまだ折り方が下手なので山折りの部分が切れてしまったりして完成まで至りませんでした。。
そのため折った後の画像がありません。
白い紙は線入れの出力の加減がとても微妙で難しいので、次は色付きの紙で試してみようと思います。
 
でも一応初期の線入れを行ないたいと言った目的はほぼ達成しました。
あと出力を最低に絞ればレーザーポイントの位置が確認できるので、加工材料に対する位置合わせがとても簡単にできるようになりました。
これが一番の収穫だったかもしれません。
 
ただ今の基板だとレーザーが照射する位置までZ軸を下げる必要があり、且つ出力を最低に絞るのを忘れていると焼いて穴をあけてしまいます。
また逆に切り抜くときにボリュームを最大に上げるのを忘れていると全く加工できないと言うこともあります。
実際に何度かそれをやってしまいました
 
そこでレーザーポイントを見る場合にはZ軸を動かさなくてもスイッチを入れるだけで最小の出力でレーザーを照射してポイントを確認することができ、スイッチを切ればボリュームで設定した出力でそのまま加工できるように回路を改善したものを作り直そうと思っています。
それができれば一段と作業効率が上がることでしょう。
そのため今回は『取り敢えず完成』と言うことで、宿題を残しています
 
 
ドS記事でした・・・・・いや何でもありません
 
 
 

2015年4月25日 (土)

レーザー出力可変化計画 その3

先日来製作を進めてきたレーザー出力可変用回路を実際にCNCレーザーに仮接続をして動作検証してみました。

仮接続なので基盤自体はぶら下がっている状態で見た目に格好悪いので写真に撮っていません。
正規に取り付けた時点で写真に撮ります。
 
今回は動作検証ですので実際に基板を接続した状態で切り絵を作ってみました。
ボリュームを最小に絞った状態では出力が弱く紙を切るほどの力はないですが、ビームのスポットは明るく光るので、加工材料に対してのスポット位置がひと目で判ります。
これは期待通りの結果となりました
 
あと線引きやハーフカットでは紙の色や種類によってボリュームの位置(レーザー出力)が変わってくるので、これは紙が変わる都度最適な出力位置を記録しておく方が良いでしょう。
 
ボリュームをいっぱいに回して出力を最大にすれば、従来通りに切断することができました。
そこで今回は前回作った切り絵をタイ料理店のご夫妻に渡したところ大変喜んで頂けたので、もう一点タイにちなんだ作品を作ってみました。
次回お店に行くときにお渡ししようと思っています。
 
タイの国章に使われているシンボル、『ガルダ』です。
P1030232
サイズは色紙サイズですが、細い部分が多いのでカット位置が少しずれただけで切れてしまうところも何カ所かありました。
 
念のためですが決して印刷してるわけでなく正真正銘切り絵です
P1030235
 
 
参考までに実際のタイの国章の画像です。
Garuda
 
仏教やヒンドゥー教の神話に登場する神鳥だそうです。
※ウィキペディアより
 
 
 

2015年4月18日 (土)

レーザー出力可変化計画 その2

先日から進めてきているレーザー出力可変化の続きです。

前回は電源回路とタイマーICによるノコギリ波の生成まで成功しました。
今回はそのノコギリ波を利用してコンパレータ-によるTTL信号の発生回路を組みます。
 
コンパレータ―として使うのは一般的にはオペアンプと言うICを使用します。
オペアンプは信号入力が2つあり、両方の信号の電圧を比較してその結果によって出力として方形波パルスを発生させるICです。
片方の信号入力に前回発生させたノコギリ波を入れ、もう片方の信号入力にある電圧を入れればその電圧とノコギリ波の電圧を比較してその差に応じたパルスを出力します。
つまり電圧を変化させればパルスの幅を変化させることができます。
うまく電圧をコントロールすればノコギリ波の周期に応じて0~100%の幅でパルスを発生させられます。
 
今回はオペアンプの代わりにオペアンプとほぼ同等のものですが、簡単にTTL出力を取り出すことのできるコンパレータ―ICを使うことにします。
 
オペアンプとコンパレータ―の比較。
P1030223
左側がオペアンプ、右側がコンパレータ-で、見た目は全く同じ8ピンフラットパッケージICです。(通称ゲジゲジ
どちらも2回路分が入っているICです。
もし表面の形名の文字が消えてしまったら、もはや見分ける術はありません
コンパレータ―ICも5個入りで100円と言う安さです。
 
早速プレッドボード上に回路を組みます。
P1030224
コンパレータ-の片方の入力端子には555で発生させたノコギリ波を加えます。
もう片方の入力に電源の5Vを抵抗とボリュームで分圧させた電圧を加えます。
ボリュームを回すことで入力電圧が変化し、それに応じた幅のパルスを発生させます。
つまりデューティー比を変化させると言うことです。
そのパルスをTTL信号としてレーザーのドライバー回路に入れてやればレーザー出力を変化させられるはずです。
 
回路を組んだあと早速オシロスコープで各信号を見てみます。
先ずボリュームを最小に絞ってオシロのCH1にコンパレータ-の出力信号、CH2にノコギリ波を入れてみます。
Ttl
おぉ!ちゃんとコンパレータ-の出力に信号が出ています
よく見るとボリュームを絞っているのでノコギリ波の低い電圧のあたりでパルスがオンオフしているのが分ります。
デューティー比で言えば数%と言ったところでしょうか。
 
そしてボリュームを上げて行くと
Ttl50
ボリュームをほぼ半分上げたのでノコギリ波のほぼ中間あたりの電圧でパルスがオンオフしているのが分ります。
デューティー比50%と言うことですね。
 
更に上げて行くと
Ttl98
ノコギリ波のほぼ最高電圧あたりでオンオフしていますね。
デューティー比98%といったところでしょうか。
 
ボリュームを最高に上げたところ
Ttl100
パルスでなく完全に一定電圧信号となりました。
デューティー比100%です。
つまりこれをレーザードライバーに入れてやればレーザー出力100%となります。
 
確認のために出力信号の電圧を調べてみると
Ttl_2
ちゃんとほぼ5Vが出ていますので、TTL信号として問題なく使えます。
実際はこの信号をそのまま使うのでなく、抵抗で分圧した信号をレーザードライバーに入れるのですが。
 
今回デューティー比として最高は100%にしましたが最低は0%にしませんでした。
何故かと言うと0%にするとレーザーは完全に消灯します。
そうすると万が一レーザーが消えていると勘違いして作業をしているときにいきなりレーザーが点灯すると大変危険です。
なので数%で点灯させて注意を喚起するためです。
(実際に数%のレーザー出力でもとても明るく見えます)
 
もう一つの理由として、加工するときに加工材料に対してレーザービームの位置を確認するためもあります。
今まではレーザー出力がMAX固定だったので、レーザービームが材料のどこにあるかを確認しようとレーザーをオンにすると焼けたり焦げてしまったりしていました。
そのため金属板などを材料の上に置いて位置を確認したりしていたのですが、なかなか材料と位置が一致しなかったり、金属板を置いたり除けたりするときに材料まで動いたりすることがよくあって、また確認し直したりといったことが多かったのです。
レーザー出力が数%だとビームの位置ははっきり分りますが熱はほとんどないので、加工材料に対してのビームの位置がしっかり確認できます。
 
実際に最低の出力でレーザーを出して指などを持って行っても全く熱を感じません。
これでますます作業効率が上がります
 
次回はいよいよ実際にこのTTL信号をレーザーに使用して色々検証してみようと思います。
 
 
 

2015年4月16日 (木)

レーザー出力可変化計画 その1

CNCレーザー機による切り絵は順調に加工できるようになったのですが、レーザー出力が最大値で一定なので紙では切断しかできません。

そこでレーザー出力を調整可能にして紙であっても切断だけでなく模様入れもしたいと以前から思っていました。
それが可能になればペーパーアートやパーパー模型などにも更に応用が広がると思います。
 
レーザーの出力を変化させる方法として一番簡単なのはレーザーの電流値を増減することです。
当然電流値を低くすればレーザー出力も弱まりますが、以前の記事内でも書いたようにレーザーダイオードはとても繊細なもので、少しの雑音信号やほんのわずかに過電流が流れただけでも寿命に大きく影響し、最悪瞬間的に壊れてしまう可能性もあります。
それに2Wのレーザーダイオードとなると最大約2Aの電流が流れるので、それのコントロールをするにはその電流を流せるだけのパワートランジスターやその放熱などで少々大掛かりになりそうです。
 
幸い今回のレーザーにはTTL入力が付いており、その入力をTTLレベルでコントロールすればレーザーのオンオフができます。
(※TTL:電圧が+5Vか0Vかでオンオフを決めるデジタル信号)
今はその端子から出ている線をリミットスイッチで繋いだり離したりすることでレーザー出力をオンオフしていますが、ここを高速の信号でレーザーを断続することで見かけ上のレーザー出力を変化させることができるはずです。
いわゆるPWM(パルス幅変調)信号を利用することにします。
PWMの1周期の中で+5Vの時間と0Vの時間の比(デューティー比)を変えることで、LEDの調光や直流モーターの制御などにも広く一般的に使われている方法です。
LEDの調光ができるぐらいだからレーザーダイオードにも応用は効くはずだし、レーザーダイオードそのものを直接駆動するわけではなく、レーザードライバーの回路を制御するだけなので、安全性は高いと思われます。
 
PWM回路は部品点数も少なく割と簡単に作れる回路で、今回はタイマーIC(555)とオペアンプ、若しくはオペアンプとほぼ同じ物ですがコンパレータ―ICを使って製作しようと思います。
 
先ずは電源回路から製作を始めますが、今回各部の動作を検証しながら、且つ各部品の選定をしながら製作を進めるので、最初にプレッドボード上で試作的に回路を組んでいきます。
プレッドボードは部品の足やジャンパー線などを穴に差し込むだけで回路が組んでいける便利なもので、部品の抜き差しもできるので回路の組み換えや部品の交換も簡単に行なうことができます。
プレッドボード上で動作の確認ができた時点で同じ回路を正式に基板上にハンダ付けにて組み直します。
 
先ず電源回路、TTLは5Vの回路なので三端子レギュレーターICを使います。
P1030194
最近のICって型番などの文字がとても薄いので写真には写りませんでしたが、今回は7805の最大出力電流1.5Aタイプのものを使いました。
PWM回路はほとんど電流を食わないはずですが、できればヒートシンクを使いたくないのである程度容量の大きなICを使うことにします。
三端子レギュレータICなんて容量の大小に関わらず1個百円程度で売ってますしね
 
電源部分をプレッドボード上に組んだところです。
P1030195
ボードの中央左端にDC9Vの入力端子、あとはICやコンデンサー等で電源回路を作ります。
この時点でちゃんとDC5Vが出るかどうかの検証を行います。
テスターで測ってみると
P1030197
ピッタリ5Vが出ています。
こういう場合はワニ口クリップを使うのが簡単で良いのですが、無いので洗濯バサミで挟んでいます
あとこのテスターたしか三百数十円で買ったものなので(新品です)果たして動くかどうか心配だったのですが、何とか動くみたいです
その代わりレンジの種類とか単位とかは全く出ません
 
こういったデジタル回路を組む場合はテスターだけではトラブった時にはどこが悪いのかの追跡などが全くできないし、正常に信号が発生しているかどうかを見るためにもオシロスコープも必需品となります。
今回パソコンのモニターをオシロスコープとして利用するUSB接続の安価なオシロスコープも購入しました。
そのオシロで電源の出力を見てみると
5v
4.845Vとなっている・・・。
テスターとどっちがホントなんだろ。
まぁ誤差の範囲内と言っても良いだろうし、この電圧であれば全く問題ないでしょう。
ただオシロの波形ではきれいな直線でなくえらく雑音が載ってるような波形だけど、これもこのオシロの特性なのか実際に雑音が出ているのかよくわからないです。
 
電源回路は何とか無事できたので、次はタイマーIC(555)でパルス発生回路を作ります。
タイマーIC(555)
P1030204
このICもごく一般的に使われるとても汎用性の高いICで、5個入りで200円と言う安さ
このICに数個の抵抗やコンデンサーをつないで電源を加えるだけで簡単にノコギリ波や方形波を発生させることができます。
 
プレっどボード上に組んだところ
P1030205
この段階でまた検証してみます。
 
オシロは2チャンネルあるので1CHにノコギリ波、2CHに方形波を表示させてみます。
555
ノコギリ波はまぁまぁですが、方形波はやけにオーバーシュートやアンダーシュートがあるなぁ・・・。
それにどちらもやはり雑音が多いような波形です。
 
ノコギリ波の詳細を見てみます。
Photo
ノコギリ波の1周期は約0.5msなので発生週波数は約2KHzと言うことですね。
そしてノコギリ波のベース電圧は約1.6V。
 
ノコギリ波のP-P(ピークツーピーク)電圧。
Photo_2
やはり約1.6V。
555ICのノコギリ波の下辺と上辺の電圧は電源電圧の1/3ずつに均等に分配されるという特性があるので、今回の電源電圧は5Vのためちゃんと仕様通りに出ています。
 
発生週波数はコンデンサーや抵抗の値で決まるので、どんな周波数の信号でも発生させることができます。
今回は数百Hzから1KHz程度の信号を使いたいので、もう少しパーツの値の検討が必要です。
 
このノコギリ波を次のコンパレーターにてデューティー比を0~100%に変化できる方形波の発生回路に利用します。
そしてそのコンパレーターの出力をTTL信号としてレーザードライバー回路に渡します。
 
ちなみに555ICの方形波出力の詳細。
Photo_3
周波数は当然ノコギリ波と同じ約2KHzですが、電圧は4.186V。
出力がこの波形のまま一定で良いのであれば、十分TTLとして使用できる信号です。
 
ちなみにですが抵抗には4~5本の色別の線(カラーコード)が描かれていて、これで抵抗値が分るようになっていますが、50年以上前に覚えたカラーコードの読み方、今でもちゃんと読めます(エヘン
と言っても電子回路を組む人であれば読めて当たり前のことですが・・・
参考までに実際の抵抗(カラーコードは4線式の一般的なものです)
この画像の場合左の帯から読みます。
P1030218
上は2.2KΩ(赤、赤、赤、金)
下は10KΩ(茶、黒、橙、金)
最後の帯は誤差で、金の場合±5%です。(銀帯の場合±10%)
 
 
今回はここまでです。
次回はコンパレーターの回路を組み、動作検証し、うまく信号が出ればレーザーにつないで制御してみようと思っています。
うまくいくことを祈りつつ・・・。
 
 
 

2015年3月19日 (木)

レーザー壊れちゃった☁

薄い紙をレーザーカットしても発火することもないようなので、昨夜いろんな切り絵を作ってみようと動かしていたら、加工途中でいきなりレーザーのパワーが落ちて全く紙が切れなくなってしまいました。

青い光は出ているのですが肉眼で見ても全然眩しくなく、ただの青色LEDです。

(実はレーザーダイオードは壊れるとただのLEDになっちゃうのです)

 
レーザーダイオード、つまり半導体レーザーはとても繊細なものらしく、雑音信号や電源の少しの過電圧や過電流、気温など使用環境の変化がレーザーモジュールの寿命にとても大きく影響するみたいです。
気温も含めてモジュールの温度が40℃を超えただけでも寿命が著しく短くなることもあるとか。
真夏はどうしよう
ましてや国内製品ならともかく某国製だし
 
以前アップしたレーザー彫刻機も使い始めて間もなくほんの少しレーザーレベルを変化させたところ、その時に雑音信号が発生したためか瞬間的に壊れてしまったことがあります。
保証期間中だったので無料で代替品が送られてきて助かりましたが、レーザーダイオードはそれぐらい繊細なものです
今回はレーザーを照射してペーパーカットしている途中でいきなり落ちたため原因は不明ですが、やはり何らかの雑音信号を拾ったか突然に寿命が来たのか・・・?
 
せっかく薄い紙でも順調に切り絵ができるようになったしもっと検証を続けたいのにこのまま代替品が届くのも待ちきれないので、先のレーザー彫刻機のレーザーモジュールを代わりに取り付けてペーパーカットすることにしました。
 
モジュールの取り付け板を新たに作りモジュールを交換して制御基板などの配線を行ない、何とか動くようになったので早速ペーパーカットしてみました。
加工を始めて気が付いたのですが、以前のレーザーに比べて彫刻機のレーザーは何となく少しパワーが低い気がします。
同じ紙を前と同じ設定でカットしても切りきれないところがあるのです。
おそらく前のレーザーは正しく2Wのパワーがあったのですが、今回のレーザーは仕様では2Wタイプとなっているものの、実際はおそらく2割ぐらい低い1.6W程度しかないのだと思います。
それでもレーザーの移動速度を少し落とせば厚めの紙ぐらいであれば十分切れますが、2mmのバルサははたしてどうなんだろう・・・。
まだ試してはないけど、いずれ正規のレーザーモジュールが届くだろうから取り敢えずそれを待つことにします。
 
新しいレーザーで何枚か折り紙をカットしてみましたが、例の消炎装置のおかげで発火することは一度もありませんでした
そしてそこそこ細かい切り抜き部分がたくさんある切り絵に挑戦したのがこれです。
P1030167
大きさが分りやすいように下にスケールを置きました。
紙を置く位置が少しばかりずれていたため、右の虎の尾が切れているのは見なかったことに
 
こういった絵でも途中で発火することなく最後まで正常に終了したので、おそらくもう加工中に燃え上がることはないと思います。
もちろん安全を期するために加工中は目を離すことはしませんが。
(と言うかまだ絶対に安全と言う確証は得ていませんので目を離す気にはなりません
 
それにしてもこのレーザーモジュールも壊れなきゃ良いけど・・・。
今は発火の問題よりもそちらの方が気になります
 
 
 

2015年3月17日 (火)

CNCレーザーに消炎装置を!

前回のレーザー加工まで薄い紙を切り抜くときに発火して燃え上がるとこぼしていましたが、それを何とか解消したいと思い続け、今回何とか消炎装置を装備してみました。

と言っても装置と言うほど御大層なものではないのですが
 
レーザー加工の消炎装置と言うと大袈裟に聞こえますが、要はエアーを吹き付けて加工物が発火するのを防いでいるだけです。
エアーを吹き付けると言うとコンプレッサーを思い浮かべますが、レーザー加工の消炎に使用するにはエアーの圧力はそれほど必要はなく、ノズルの先から軽くエアーが噴き出る程度で良いのだと思います。
 
そこで何か良いものはないかと考えていると、以前購入した模型塗装用のエアガンとセットになった10㎝角ぐらいの小さなコンプレッサーがあるのを思い出し、早速引っ張り出して動かしてみるとやはりコンプレッサーと言うぐらいだから音がうるさい
しかも連続使用時間が十数分と短く長時間動かし続けると熱を持つみたいなので、レーザー加工用には使えないと判断して却下。
 
仕様の条件として圧力はそれほど必要はなく少量のエアーを連続して放出してくれて、これが一番の条件ですが安価に入手できること。
あれこれ思案して思いついたのが、水槽用のエアポンプ
これなら元々連続使用が前提の品だし圧力は無くてもエアーは出続けてくれて音も比較的静か。
そして何より値段が安く手に入れられる
 
早速ホームセンターに買いに行き、いろいろ見比べてある程度風量が見込め、内部にコンプレッサー部分が二つあって万が一片方が故障しても取り敢えずもう一方からエアーが出てくれることを期待し、60L水槽用の2口タイプのエアポンプを購入しました。
ビニールチューブも一緒に購入して、〆て2千円也。
ダメ元でもこれぐらいなら何とか諦めがつく範囲かな
 
早速消炎装置をつけるためにレーザーモジュールを取り付ける部分の改造に着手。
そしてまだ仮の姿ですが一応加工物の近くで軽くエアーが噴き出るようにしてみました。
P1030151
 
エアーの吐出口が二つあるので、両サイドから加工部分にエアーが当たるように吹き出し口を設けました。
P1030153
 
 
エアーを出しながら加工しています。
P1030156
軽くでもエアーを吹き付けているので、切り抜いた部分が下に落ち易くなりました。
 
これが今回購入したエアポンプです。
P1030155
エアー流量調整つまみも付いていて仕様表では一口当たり毎分0.8~2Lの流量が取れるようですが、両口とも最大流量で使用しています。
もし切り抜いた小さな屑が撒き上がるようであれば流量を絞ろうと考えていたのですが、その必要はなさそうです。
 
 
結果としてこれまでは薄い折り紙やコピー用紙などに細かいデザインのイラストを切り抜いていると5割以上の確率で発火していたのですが、今回薄手で色が濃い目の青の折り紙に割と細かい切り抜き部分が多くあるデザインのイラストを加工してみると、最後まで全く問題なく切り抜きが完了しました。
これまでは加工中にずっと加工部分を見ていても、時々赤く小さな火種ができるのが見えていたし、それが最悪発火につながっていたのですが、今回の消炎装置で軽くでもエアーを吹きつけていると火種ができることは確認できませんでした。
まだ十分に検証したわけではありませんが、おそらく薄い紙でもこれまでよりは安心して加工できそうです
 
今回試したデザインの絵ですが、同じ絵を前回少し厚手の黒の画用紙で加工したときには3回加工して2回発火してしまいました。
P1030160
今回は薄手の折り紙でも一度で成功しました。
 
次回はもっと細かいデザインのイラストでレーザー切り絵に挑戦してみようと思っています。
他にもいろいろペーパーカットを利用した面白いヒントを得たので、それにも挑戦してみます
 
 
 

2015年3月 8日 (日)

✿ バルサで飛行機 ✿ & スポンジカット

レーザーで2mm厚のバルサ材がカットできるのが分ったので、早速簡単な飛行機を作ってみました。

CADで図面を描きCAMで加工用のプログラムを作り、CNC機械に渡して加工するのはいつもの手順と同じです。
材料の大きさは横20㎝、縦8㎝で、この中に胴体と主翼と水平尾翼のみ切り抜いた、一番簡単な構造の飛行機です。
一応セスナ機を模して高翼機にしてみました。

カットした状態です。
P1030122
加工時間は全パーツの外形のカットで3分程度だったと思います。

細い部分が折れないように注意しながら抜き出しました。
P1030123
レーザービームの直径は約0.2mmぐらいあるので、それを考慮しながらカット用プログラムを作成しているため、はめ込み箇所などは気持ちが良いぐらいピッタリの寸法に加工できています。

組み立ては胴体に主翼と尾翼を嵌め込むだけなので、ほんの1分もあれば完成します
P1030124
もちろん本格的に組み立てる時は木工用接着剤を使ってしっかりと組み立てます。
でも寸法がピッタリにできているので、仮組みでも外れたりガタつくことはありませんでした。
あと胴体と主翼や水平尾翼はきっちり直角に組み立てないと、まっすぐ飛ばないでしょう。
接着剤が乾くまで直角治具などを使って固定しておく方が良いかもしれません。

ただし今回はあくまで試作なので、設計段階で重心の位置などは全く考慮していません。
ただ飛行機らしき形のみを作っただけです。
実際に重心を見るとかなり後部が重たく、主翼の中に重心位置がありません。
(飛行機の正しい重心位置は、主翼の後部1/3位のところだと思います)
バランスが取れるように前部におもりを付ける必要があります。

その後バランス調整して実際に飛ばしてみると、まっすぐ紙飛行機並みには飛びました
まぁサイズが十数センチと小さな飛行機なので、そんなにビックリするほど長距離飛ぶことはないかもしれませんが、設計をきちっとやって各部のバランスをちゃんと取れば、かなり飛ぶのではないかと思います。
今回の飛行機も主翼の前後方向の幅がもう少し広い方が良かったかもしれません。
あとレーザーの移動速度を極端に上げれば、カットせずに翼の各舵のスジ入れなどもできると思います。(片面だけですが)
 
 
その後スポンジのカットも試してみました。
厚さ15mmのスポンジです。
スポンジとは言え厚みがあるので、レーザーの送り速度を300mm/分に設定し、それを3度繰り返してカットしました。
(実際は2度目で概ねレーザーが突き抜けたのですが、所々通過しない個所があったので念のため3度カットしました)
 
レーザーカットは送りを遅くして一度でカットするより、送りを速めて複数回でカットする方がカット面が綺麗になると聞きましたが、実際はどうなんでしょう。
たぶん加工する材質によるのだと思います。
樹脂のように同じ個所に長時間レーザーが当たると融けて切断面が崩れてしまうようなものは、送りを早くして複数回カットする方が良いのかもしれません。
これは材料毎に色々設定を変えて試してみて、一番良い方法を取るしかないのかもしれません。
 
P1030125
ただ複数回に分けてカットすると、上面の切断隙間がだんだん大きくなっていく傾向にあります。
レーザーが何度も当ればその度に少しずつでも融けて行くので、当然と言えば当然かもしれません。
 
P1030126
 
P1030128
スポンジは本来レーザーカットで焦げることはないのですが、今回のスポンジは炊飯器の釜を洗うのに使っていたもののため、ご飯の成分などがこびり付いていたのがレーザーによって焦げたのだと思います
新品のスポンジを使えばもう少し綺麗にカットできたと思います。
 
 
それにしてもこれでまたおもちゃが増えた~
 
 
 
 
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