Máquina de desenho a laser: 8 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

✨Desenhe trilhas de luz fosforescente com uma máquina projetada e construída totalmente do zero!

A história: entre os intervalos de estudo durante a semana de meio de semestre, meu amigo Brett e eu projetamos e construímos esta máquina que utiliza um sistema de laser e espelho para desenhar trilhas de luz luminescentes, controláveis por meio de um joystick impresso em 3D. O objetivo principal era usar técnicas e materiais de desenho que as pessoas normalmente não associam ao desenho, ao mesmo tempo que instigam uma sensação de intriga no usuário.

Esperamos que você goste tanto quanto nós nos divertimos projetando e construindo!

Suprimentos

Somos dois alunos falidos, então, em grande parte, nos voltamos para encontrar pedaços de sucata e madeira descartada em torno de nossa escola e todas as ferramentas eram do makerpace de nossa escola. Também não tínhamos acesso a muitos materiais metálicos (engrenagens, cremalheira e pinhão, cavilha, etc.), por isso os fizemos nós próprios a partir de madeira cortada a laser. Para as peças que não encontramos, nós as compramos na Amazon por um total de $ 19,50.

Nota: este projeto requer um laser, lembre-se de não olhar diretamente nos olhos!

Materiais:

• 1/4 em compensado (x2)
• 1/8 em compensado (x1)
• Cola para madeira (camada fina)
• 1/2 no passador de madeira (x1)
• 1/2 no espelho (x1)
• Tubo de latão longo de 1/4 de diâmetro 2 pol. (X1)
• Tubo de cobre longo de 1/4 de diâmetro 2 pol. (X2)
• Tubo de latão longo de 1/4 de diâmetro e 1,5 pol. (X3)
• 1/2 em O. D. 1/4 em I. D. Rolamentos de esferas (x6)
• Diodo laser de 405 nm (x1)
• Arduino (x1)
• Fio 24 AWG 6 pés (x1)
• Pó fosforescente (x1)
• Adaptador de alimentação de 120 VAC para 9 V (x1)
• Elástico (x1)
• Joystick analógico de 2 eixos (x1)
• Driver do motor L298N (x1)
• Jack DC de 2,5 mm (x1)

Ferramentas:

• Cortador a laser
• Lixa
• Serra
• Pistola de cola quente
• Martelo Morto
• Ferro de solda
• Furar
• impressora 3d
• Dremel

Etapa 1: Corte das peças a laser

Em anexo estão os dois arquivos ilustradores para todas as peças de madeira que precisam ser cortadas a laser e seus nomes correspondem ao tipo de madeira em que devem ser cortados (compensado de 1/4 pol. X 1/8 pol.). Também anexei imagens dos arquivos. Na verdade, existem mais arruelas de travamento do que o necessário, mas elas ocasionalmente quebram, então é sempre bom ter alguns extras.

Todas as linhas devem ser cortadas, não gravadas. Assim que eles forem cortados, vá para a próxima etapa!

Etapa 2: Montagem das peças Pt. 1 Base e Sistema de Rack

Acima estão imagens de como as peças se juntam, bem como um vídeo dos bastidores. A construção para esta etapa é dividida em primeiro construir as peças do arquivo ilustrador de 1/4 de polegada anterior e, em seguida, do arquivo de ilustrador de 1/8 de polegada.

Seção de 1/4 polegada ---

Base: empurre os pinos-guia através do canto das placas de base e empurre as arruelas de travamento através das extremidades do pino para manter as placas de base no lugar. Esta base fornece um espaço para o arduino ficar semi-oculto enquanto fornece suporte para a tela da prancheta.

Suporte do rolamento de rolos: Cole o suporte do rolamento de rolos na face do teto da carcaça do motor de 1/8 pol.

Conjunto de rolamentos: a cremalheira superior é mantida no lugar e movida por um arranjo triangular de rolamentos de rolos que evita que gire enquanto preserva o movimento translacional suave. Uma imagem da aparência dos rolamentos de rolos é fornecida acima. Os diagramas mostram como os rolamentos de rolos interagem com o rack e onde são colocados na máquina. Coloque-os através dos orifícios do suporte do rolamento de rolos que você colou no teto da carcaça do motor

Vigas de suporte: Rotuladas como "garantem que o rack não voe" no arquivo de um quarto de polegada, essas vigas de suporte reduzem a oscilação ao aumentar a rigidez do rack e evitam que usuários excessivamente entusiasmados enviem peças voando para fora da máquina ou estilhaçando o espelho de vidro! Usamos cola de madeira para prendê-los ao rack superior, pois ele precisará ser resistente.

Seção de 1/8 polegada ---

Rack inferior: o rack inferior é o rack mais curto com o orifício. Este orifício permite que você alimente os fios do Arduino por baixo da fenda da placa de base superior e para dentro da carcaça do motor, de forma que os fios possam alcançar o motor mesmo quando o rack inferior estiver se movendo.

Cremalheira superior e pinhão: A cremalheira superior é a outra cremalheira (a mais longa). Uma imagem de como é a estrutura do pinhão (uma das engrenagens gigantes) e como ela funciona é fornecida na foto com as arruelas de pressão.

O resto da seção de 1/8 de polegada (as peças relacionadas ao motor) é explicado na próxima etapa …?

Etapa 3: Montagem das peças: Pt 2. Material do motor

Em seguida, precisamos projetar os suportes do motor e os motores para fazê-lo se mover. Existem dois motores, um para mover no eixo xe outro para mover no eixo y.

Fazendo dois suportes do motor: Colocamos as peças do meio do suporte do motor (aquelas com orifícios hexagonais) entre as outras duas que contêm orifícios para os parafusos passarem. Em seguida, conectamos cada motor a cada montagem do motor usando parafusos. Colar o suporte e o motor em qualquer superfície agora nos permitiu instalar e remover facilmente nossos motores usando apenas uma chave sextavada. Para fazer a transição do motor para a engrenagem, usamos um colar de eixo impresso em 3D para fazer a interface com a engrenagem com eixo de pino.

Carcaça do motor: As peças da carcaça do motor formam uma carcaça em forma de caixa para o motor. Os retângulos com orifícios são as peças superior e inferior (aquele com vários orifícios é a parte superior). O resto da caixa do motor é composto pelas laterais que se encaixam por meio de suas ranhuras + saliências. Cole todas as peças nas bordas, exceto uma das faces, pois você ainda precisa colocar o motor dentro e é mais fácil fazer isso pela lateral do que por cima.

Controlando o motor: Para controlar os motores, usamos um joystick, Arduino e um driver de motor separado para acionar os motores. Tudo funciona a partir de uma única tomada CC de 9 volts. Para atingir o movimento desejado, tivemos que ajustar a força do sinal PWM para que fosse torque suficiente para superar o atrito na engrenagem, evitando que ela se movesse muito rapidamente. A próxima etapa descreve a configuração e o código do Arduino …?

Etapa 4: Arduino

Este é o código do Arduino para controlar o posicionamento do laser usando o joystick como entrada. O código é escrito de forma que cada direção do joystick controle um dos motores (o motor controlando o eixo xe o motor controlando o eixo y). Isso permite que a máquina desenhe curvas e diagonais sempre que a posição do joystick estiver longe do eixo horizontal / vertical.

Etapa 5: o joystick

Escolhemos imprimir em 3D uma caixa de joystick em PLA para que fosse confortável e natural para o usuário segurá-la e operá-la (embora ainda possa funcionar corretamente sem uma caixa).

Essencialmente, são duas metades de um invólucro oval com um orifício em um dos lados. Colocamos o stick do controlador dentro de modo que, quando o invólucro é montado, ele se encaixe no orifício para o usuário interagir. Os fios se estendem pela parte de trás do outro lado do invólucro e até o arduino.

Etapa 6: pintar a tela da prancheta

Pinte a tela da prancheta com o pó fosforescente e deixe-a secar enquanto você trabalha nas próximas etapas.

? Certifique-se de mantê-lo em um ambiente muito higiênico, na primeira vez que aplicamos o pó, a poeira e a serragem grudaram. Também é mais fácil misturar o pó com tinta para que adira facilmente.

Etapa 7: O sistema de laser e espelho

Por que o laser não está apenas apontando para baixo da extremidade do rack superior?

Brett e eu rapidamente percebemos que colocar o laser diretamente sobre a prancheta no final do rack pesava a extremidade do rack para baixo, o que limitava sua amplitude de movimento. Em vez disso, decidimos nos inspirar no design de um cortador a laser. A solução: Ao colocar um espelho no final do rack com uma inclinação de 45 graus, poderíamos garantir que o feixe apontaria diretamente perpendicular à superfície sem adicionar peso até o fim!

O laser: monte cuidadosamente o laser e o espelho. Passe os fios do laser por um orifício na parte superior do teto da carcaça do motor para conectar à bateria. Faça um laço com elásticos através do outro orifício do teto da carcaça do motor para prender o laser no lugar.

O espelho: o espelho deve ser inclinado em um ângulo de 45 graus usando as peças triangulares de um quarto de polegada. Ao montar o laser paralelo ao solo, o feixe de laser deve refletir fora do espelho e atingir o solo diretamente abaixo, mesmo se o rack se mover.

Etapa 8: Polimento final

Depois de testar para ter certeza de que funcionou corretamente, colamos a última face da carcaça do motor. Para aumentar o apelo visual da máquina, colocamos arruelas de pressão na parte inferior das buchas. Ele também tinha um leve propósito funcional, já que essas arruelas agiam como "pés" para a máquina (em vez de toda a base tocar o solo), o que tornava mais fácil mover a máquina inteira sobre uma mesa. Em seguida, demos ao produto um polimento final lixando toda a madeira exposta.

Reflexão: Nós nos divertimos muito projetando esta máquina e um tempo ainda melhor brincando com ela. Ironicamente, as partes mais complicadas do design pareciam nos dar menos problemas, enquanto as partes mais simples nos deram mais. Se fôssemos fazer este projeto novamente, experimentaríamos mais materiais redutores de fricção nas peças móveis.

Esperamos que as pessoas gostem deste dispositivo tanto quanto nós e que as inspire a criar versões ainda melhores desta máquina no futuro.

-Melhor, Justin e Brett

Primeiro prêmio no concurso Make it Glow