これまでのあらすじ:
2016年3月、フェルト生地を手で裁断している際にレーザーカッターがあれば複雑なカットが容易にできるなあと思って、安価になってきたレーザーカッターを購入しようと思ったのがきっかけ。調べていくうちに、合板も切れたほうがいいと思うようになって、CNCルーター(CNCミリング)についても考えるようになった。
Arduinoは以前から使っており、CNCシールドがあると気付いて自作も可能と思うようになった。当初はShapeOkoやX-CARVEを参考にMakerSlide、OpenRail、V-Wheel、2GTタイミングベルトなどで5万円くらいで自作しようと思っていた。AliExpressでも部品が安く買えることが分かって、しばらくは部品探し。探せば探すほど安くて本格的な部品も見つかってくるので、そんなにケチらなくてもいいのではないかと徐々にスペックアップ。最終的には剛性や精度のことも考えてボールスクリューやリニアスライドを使うことになり、予想以上に重厚な3軸CNCマシンをつくることに(約7万円)。
構想から約5週間(制作約3週間)でルーターとレーザーともに使えるようになり、現在はgrbl1.1+Arduino CNCシールドV3.5+bCNCを使用中(Macで)。余っていたBluetoothモジュールをつけてワイヤレス化。bCNCのPendant機能でスマホやタブレット上のブラウザからもワイヤレス操作可能。



CNCマシン全般について:
国内レーザー加工機と中国製レーザー加工機の比較
中国製レーザーダイオードについて
CNCミリングマシンとCNCルーターマシンいろいろ
その他:
*CNCマシンの制作記録は2016/04/10〜の投稿に書いてあります。

利用例や付加機能など:
CNCルーター関係:

2016年5月14日土曜日

CNCマシン:Blendercamを試してみる

今のところ2D加工は以下のような感じ。
・2Dレーザーカット:Inkscape(Laser Tool Plug-in)→Gコード→bCNC
・2Dルーターカット:Inkscape→svgファイル→Jscut(Outside)→Gコード→bCNC

そのうち3Dカットもする必要がありそうなのでいろいろ探していましたが、Macで使えそうなのはPyCAM、Fusion360、Blendercamあたり。Fusion360はかなり本格的なのでそのうち試して見ようと思います。
それでPyCAMを試そうとインストールしていたら、MacだとApple-Pythonが入っているため、インストールが思うようにいかなくて、Apple-Pythonをやめて新たにPythonを入れ直そうを思ったのですが、インストールが成功しない限りbCNCも使えなくなってしまうので、まだ保留という感じです。
Blenderは以前から使っていたというか、独特の操作方法でなかなか慣れずに3Dデータ変換用として利用していたくらいです。何度か勉強してみたのですがすぐに忘れてしまい、なかなか覚えられない。
今回も「Blenderか、どうしようかな」と思っていたけど、以下のBlendercamのチュートリアル動画を見る限りでは、3Dデータを読み込ませて、いくつか設定を入力したらGコードが生成されると感じなので、それほどBlenderの操作は必要なさそう。単なるGコード生成ソフトとして使えそう。
この動画、声が聴こえにくいのですが、フルスクリーンにして各設定の手順を注意深くみると、それほど難しそうではありません。5回くらい見直しましたが。

Blendercamのダウンロード:
ということで、Blendercamをダウンロードしてみました。
プラグインみたいなものだけをインストールするのかと思ったら、Blender2.76ごとダウンロードでした。いちおうaddon onlyとしてBlender本体にインストールできるものあるようですが、持っていたBlenderが多少古かったので、BlenderとセットのものをGoogle Driveからダウンロードしました。

Macなので真ん中の「blender-2.76b-OSX_...」というやつです。
Blender本体も含まれているので135MBくらいあったかもしれません。
ダウンロード+解凍したらアプリケーションフォルダにいれるのですが、もうひとつBlenderを持っているなら同じところには置かない方がいいと書いてありました。今回のほうが新しいので古いのは捨てて、アプリケーションフォルダに移動させました。
あとはBlender.appを開くだけ。サイトの説明にも、開いたら右側にBlendercamのタブが並んでいればOKと。

Blender.appを立ち上げる:
立ち上げるとこんな画面。右にBlendercamのタブあるかというとない。
ない場合は、「preferences-addonで、、、」と書いてあるけど、ちょっと違う。

User preferenceの設定・内容確認:
まず、左上のアイコン(タブ)で、User Preferencesを選ぶ(以下)。

そうすると上のメニューバーのようなものが変化して、以下のような感じ。


しかし、このままでは何もできないので、この横並びのメニューバーの下端を下方向へ引っ張る(ドラッグする)と、実は隠れている画面が出てくる(この隠れ画面に気づかなくて「そんな画面でてこないんだけど・・・」って以前なったことがある)。以下のような感じ。

隠れ画面の左に「Add Curve」ボタンを押し、右の「Add Curve:Simplify Curves」のチェックが入っている状態にする。
つぎは、左の「Scene」ボタンで「Scene: CAM - gcode generation tools」もチェックが入っている状態にする。この二つでOK。あとは引き下ろした画面を元にもどして、左上のアイコンタブを「Info」にでもしておけば大丈夫。


ようやく開始画面:
という感じで問題ないのですが、右側にCAMのタブが出なかったのは、単にウィンドウサイズが画面より大きくてフィットさせたら以下のように出てきました。
右側に縦に3列ある真ん中のがCAMタブですね。ここでほとんどの設定をするようです。なので、両側のタブは隠してしまっても大丈夫そうです(タブ画面の境目を横にドラッグして横幅をずらす)。


3Dモデルインポート:
あとは3DモデルをFile>Importでインポートする(以下)。
けっこういろんなデータ形式が読み込めます↑。


こんな凹凸があるデータをインポートしてみました。
多少位置がずれていれば、青赤緑の矢印を移動したい軸方向にドラッグすれば動かせます。斜めに一気に動かすというより、X軸はこのくらい、Y軸はこのくらいという感じでひとつの軸ずつ。

各種設定して行く前に、左上のアイコンタブが「Info」になっていて、そのままメニューバーの右のほうへいくと「Blender CAM」タブを選んでいるかチェック。以下のような感じ。


CAMタブで各項目を設定:
あとは設定していくだけです。右側のCAMタブをとりあえず一度全部閉じた方が分かりやすいかもしれません。全部閉じると以下のような感じ。
ここで上から順に設定していけばいいと思いますが、動画ではまず下から6番目の「CAM Machine」から設定しているので、それからやってみます。14項目もありますが、実際は8項目くらいでOKだと思います(2、4、11、12、13、14番目以外)。

CAM Machine(下から6番目のタブ):
こんな↑感じでセットしておきます。
上から「Presets」そのまま、「Post proces...」は「grbl」(これを使っているので)。ほかにもMach3とかLinuxCNCのEMCとかもありますね。「Split files」はGコードファイルが大きくなったら下の800000以上でファイル分割するということだと思います。単位は「Metric」。「Use position defenitions」でマシン原点など細かく入力できますが、とりあえずなしで。「Work Area」を材料の大きさに合わせて入力(ひとまわり大きいくらいで)。フィードやスピンドル回転数は適当に。ただ単位がcmになったりするので注意してください。ここは、だいたいこんな感じ。
それでは一番上の「CAM operations」タブに戻って、上から順にいきたいと思います。

CAM operations:
まず右上の「+」ボタンを押すと「Operation_1」という今回の加工タイトルの決定。そしていろいろ設定をしてセーブすれば今後もこの設定を選べば使い回しができるはず。少し下がって「Operation presets」タブから、既存の設定を選んでもいいけど、とりあえず最初は自分用に全部設定してみるという感じ。
「Calculate path」や「Simulate this operation」は設定が終わったら最後に押すボタンなので、いまはスキップ。あとはこんな感じで。
最後の「Object:」は、その3Dモデルのことです(3Dモデル名ではなくなっているかもしれません)。ほかに「CAM_machine」と「CAM_material」もありますが、それらは選ばないように。

CAM info & warnings:
ここはスキップ。エラーあるとここにでるようです。

CAM operation setup:
ここでどんな加工をするかが選べます。今回は凹凸を削りとるので「Parallel」を選んでみます。

ちょっと寄り道しますが、一番上のProfile(Cutout)は切り抜きだと思います。「Cut:Outside」でオフセットカットもできそうです。「Autogererate bridges」で完全切り離しにならないようにつなぎ目をつくってくれそうです。「Skin」は薄皮残しのようです。かなり便利そう。

元に戻りますが、「Parallel」を選ぶと、以下のようなタブ画面。

「3 axis」はそのまま。何ミリ間隔で削るかという設定です。とりあえず荒削りなら刃と同じ太さで。ということで6mmに設定。オーバーラップするように削るなら値を下げればいいと思います。「Angle of paths:」は、0度だと縦(Y軸方向)に平行に削るようです。今回は横(X軸方向)に削るので90度設定。「Use array」同じ部品を何個も並べて複数同時に削るときの設定のようです。

CAM optimisation:
ここは精度の設定だと思いますが、このままで(実際削ってみてからじゃないとわからないので)。

CAM operation area:
ここはZ軸方向でしょうか。レイヤー状に削るかとか、何ミリずつ下げるかとか。今回は木材という前提で、「Step down:」は、3mmで。アルミなら1mmとかでしょうか。加工の開始高さは材料の高さからでいいので、「Operation depth start:」は0で。たぶん以下のような感じでいいかと。

CAM movement:
ここは往復で削るとか片道だけで削るとかの設定だと思います。動画でも説明していました。
往復で削るということで「Climb/Down milling」。あとはこんな感じ。

CAM feedrate:
ここは加工時のフィード設定(加工時のXY移動速度)。
「Plunge speed:」で下へ掘り下げるスピード設定。おそらくこの設定で、XY軸の50%ということになるかと。遅くするに越したことはないと思います。「Plunge angle」は下がるときの角度。垂直に降ろすよりは斜めに降ろしたほうが抵抗が少ないので、角度があったほうがよさそうです。ということでこんな感じ。

CAM Cutter:
ここはエンドミルのタイプや太さなどの設定ですね。

End(フラット)、Ball(丸)、Vなど。今回は先が丸いBallで。Cutter diameter:で刃の直径6mmを入力。Cutter flutesは何枚刃かなので、2枚刃ということで。

CAM Machine:
ここは最初に設定したので先ほどの内容で。

CAM Material size and position:
「Estimate from model」をチェックすると自動で大きさを計測して画面上に材料を包み込むように半透明ボックスが配置されます。
「Position object」を押すと自動的に左下を原点に移動してくれます。
ただ、今回の場合、縦方向になぜか余分に大きくなっている。
あとで加工パスを表示すると、ズレや加工範囲が広すぎたりするので、無駄な動きをなくすためにもまたここに戻って来て手動で調整してみるといいかもしれません。「radius around model:」で加工範囲を1cm多めに設定してみました。そうするとちょうどよさそうだったので。

こんな感じで、この段階で一番上のタブの「CAM operations」に戻り、「Calculate path」ボタンを押してみるといいです。だいたい加工範囲がカバーされているか?無駄に外側に大きく加工範囲がはみ出ていないかなどチェックできると思います。だめそうならUndoで戻って、ちょっと設定を変えてみるといいと思います。
これで大体OKだと思います。残りのタブはあまりいじらなくてもよさそうです。
あとは、「CAM operations」の「Simulation this operation」で加工後の状態をチェックして、だめならUndoして再度調整し、OKなら「Calculate path」ボタンを押してGコードファイルを生成。デスクトップ上に「CAM operations」内の「File name:」で.ngcファイルが出来上がっているはずです。

bCNCで確認:
その.ngcファイルをbCNCで見てみると、以下のような感じです。
きれいに削れるかどうかは分かりませんが、一応データ上は問題なさそうです。これもエンドミルの形状や太さ、フィードやオーバーラップをどのくらいにするかなど、経験から覚えていく感じでしょうか。

まとめ:
まだ実際に加工はしていないのでわかりませんが、3Dだけでなく2DでもBlendercamは便利そうです。とくにBlender特有の操作が必要というわけでもないので(3Dモデリングをするわけではないので)、Gコード生成のツールとしては充分使えそうです。この際、Blenderの3Dモデリングもまた覚え直してこのソフトひとつでやったほうがいいのかもしれません。
Blenderは、影付きの3Dゲームエンジンや物理シミュレーションが作れるというので、以前から使いたいと思っていましたが、途中でUnityも出て来て、あまりにもBlenderが扱いにくいのでUnityに移行したほうがいいかもと思いつつ、3D熱も冷めてしまって結局どっちもほったらかしになっていたという感じです。

2016年5月12日木曜日

CNCマシン:レーザー焦点距離測定実験(その2)

以前は、レンズ先から素材までの距離10mm〜100mm(5mm間隔で)焦点距離測定実験を行いました。その結果50mmくらいが焦点距離とわかったのですが、今回は50mm付近をさらに細かく測定したいと思います。
以下が前回の結果。距離50mmでの線が最もシャープ。

前回の結果から、50mm付近を0.2mm間隔で照射してみます。前回の結果を見ると、45mmと55mmだと、45mmのほうがややシャープなので、おそらく45mm〜50mmの間に最適な焦点距離があると思われます。
上画像は、48.2mm〜52.0mmまでの照射実験です。レーザーモジュールを取り外したりしたので前回の実験と多少の誤差があるかもしれません。この結果では、50mmというよりも左端の48.2mmがシャープに見えます。なので、48.2mm以下をさらに細かく照射実験してみました。

上画像は、46.1mm〜48.0mmまでを0.1mm間隔で照射した結果です。左端が46.1mm、中央に47と書いてあるところが47.0mm、右端48と書いてあるところが48.0mmです。
これを見る限り左にいけばいくほど少しずつ線が太くなっています。おそらく47.5mmあたりが焦点の中心ではないでしょうか。肉眼で見る限りは、47.0mmから48.0mmの間であれば、どれも同じように見えます。ということから、47〜48mmあたりを焦点距離にすればいいのかもしれません。焦点深度が1mmくらいあると考えてもいいかもしれません。実際フェルトや紙(多少波打っている素材)を切る場合なら、2mm前後は誤差があってもそれほど問題にはならなさそうです。

前回制作した黒いレーザーシールド(代用品)を取り付けた場合、レンズチューブ先端からレーザーシールドの底面までは45mmにセットしてあるため、以下のように素材との間に2mm厚のABS樹脂板(レーザーシールドと同じ材料)を差し込めば、だいたい焦点距離になるという感じです。

そろそろ実制作のためのツールとしてCNCマシンが使えそうです。まずはレーザーをつかってフェルト生地を切ろうと思っているので、その作業に合わせたセッティングという感じです。


実験続き:
焦点距離が分かったので、ためしに薄い合板を切ってみることにしました。5.5Wのレーザーダイオードでどのくらい切れるのか?とは言っても、個人的には木材をレーザーカットはしないと思うけれども、一応参考のために。
合板は厚さ2.2mm。Gコードを手入力していたので、最初と最後の部分が焦げています。5.5Wを100%の出力で、1パスで切っています
大きい円が直径20mm、小さいほうが10mm。
フィード(mm/min:切断時のスピード)が、左から100、70、100、50です。
そして、裏側を見ると、以下のような感じ。

まず20mmの円をフィード100でやってみましたが、大体切れていましたが、少しだけ切れていない部分があったため、裏からカッターで切り落としました。それなら少し遅くしてフィード70なら完全に切れるかな?と思ってやってみましたが、裏からみると似たような感じで、大体は切れているのですが、あともう少しという感じ。
10mmの小さい円のほうもそんな感じです。小さい円の上側がフィード100、下がフィード50。もちろんフィード50のほうがゆっくり動くので切れていそうですが、表からみるとかなり焦げています。おそらく、これ以上スピードを落としてゆっくり切ると完全に切り落とすことができるかもしれませんが、かなり焦げてしまって、切断線も太くなってしまいます。単純にスピードを落としてゆっくり切ればいいというわけでもなさそうです。

まとめ:
焦点測定実験からも、1〜2mmの焦点深度があるために、焦点をどこに合わせるかで切れ方も変わってくると思います。今回の場合は合板が2.2mmで、焦点は合板上面に合わせてしまいました。
できれば焦点は合板の厚みの中間あたり、つまり合板上面より1mm程度下げたところを狙うとよかったのかもしれません。焦点から離れるほど線も太くなって焦げが目立つし、さらには切れ味も悪くなります。
それから、1パスで一気に切らないで、焦点を下げながら2パス、3パスでフィードも速めで切った方がきれいにきれそうです(次回試してみます)。フィード100でも90%以上切れているので、フィード200で、2パス(1周目は焦点を材料上面から0.5mm下、2周目は1.5mm下で)とかがいいかもしれません。焦点深度を超える厚みのある材料の場合は何回かに分けて切った方がよさそうです。このレーザーダイオードの場合なら、焦点深度を1mmと仮定すれば、1パスで切るには1mm厚までで、それ以上の厚みの場合は、1mmずつZ軸も下げながら3mmなら3パスという感じで切った方がいいかもしれない。
そうやって切っていけば、5mmくらいは簡単に切れそうです。がんばれば10mmも10パスくらいできれるのかもしれませんが、その場合ルーターで切ったほうがよさそう。


さらに実験:
先ほど書いたように1パスで切らないで2パス、3パスでの切断実験をしてみました。

すべて直径10mm、厚さ2.2mmの合板です。2パス切断は、1周目焦点距離-0.5mm、2周目焦点距離-1.5mmで行いました。左端のを除いては、すべて2パスでフィード(切断速度)を100、150、200に変えただけです。右から2番目の2パスF100は完全に抜け落ちてました。
裏返すと以下。
右から2個目が2パスでフィード200のもの。やはり一番速いせいか完全には切れていません。なので、フィード200のままで3パスにしたものが右端です。0.8mmずつ下げたものです。ほぼ切れています。裏面はきれいなほうですが、表面がやや焦げが多いです。
左から2番目がフィード100で、完全に抜け落ちていますが、その分少し焦げが多いので、ここまでフィード落とさなくてもいいという感じ。左端がフィード150で大体切れています。この程度がちょうどいいのかもしれませんが、やや裏面も焦げている感じです。

4つを比較すると、両端のどちらかがよさそうという感じですが、2パスF150のほうがいいかもしれません。パスの回数が増えると、表面がけっこう焦げてしまいますね。ということから、適度なフィードでパス数もあまり増えないようにということですが、いろいろ試してみないと分からないというのが結論です。

2016年5月11日水曜日

CNCマシン:JscutでオフセットカットやポケットカットのG Code生成

grbl wikiのUsing GrblページにのっているGRBLwebというG Code Senderを見てみると、ブラウザ上で作業できるようなのですが、ネットワークに接続されたRaspberry PIをホストとしてCNCマシンの遠隔操作も可能なので便利そうです。CNCマシン用の小型コンピュータを設置するような感じでしょうか。そうすればわざわざMacBookをUSB接続せずに使えるので、5000円前後で可能ならいいかもしれません。でも、それならArduinoじゃなくてRaspberry PIで直接動かした方がよさそう。

Jscut:
同時にGRBLweb用に、JscutというsvgファイルをG Codeに変換してくれるweb上のソフトもあるようです。こちらは、http://jscut.org/jscut.htmlにアクセスすればすぐに使えるので試してみました。

こんな画面(ブラウザ上)です。真ん中上のほうにある「Open SVG」で以前合板でつくったパーツのデータ(Inkscapeで描画したsvgファイル)を開いてみました。右上の水色の部分に手順がでてくるので、図形を選択しながら左右のパラメータ(エンドミルの直径、フィード、材料の厚みなど)を設定します。
設定が終われば、左上の「Operations」内にどんな加工をしたいかを選ぶところがあります。Pocket、Inside、Outside、Engrave、VPocketの5種類あるので、大体の加工ができそうです。
今回の図形では、オフセットで3mm外側のラインで加工したいので、「Outside」を選択。最終的に合計深さ3mm削るなら「3 Deep」を入力。
その右となりにある「Generate」をクリックするとG Codeが生成されます。

図形画面上の「Simulate GCODE」を選択すれば、どんな感じに削るか見ることが出来ます。「Save GCODE」をクリックし、保存名や保存先を指定して.gcodeファイルとして保存できます。そしてbCNCなどで.gcodeファイルを読みこませて加工という手順。

追記:
尚、「Tabs」(タブ:部品が母材から完全に切り離れないようにつなぎ目をつける機能)に関しては、こちらの作業例にかいてあります。

今回生成されたG Codeだと問題なさそうです。これを使えば以前困っていたオフセットカットもすぐにできそうです。

Raspberry Piがあれば、GRBLwebとJscutの両方をブラウザ上でできるし、カメラも設置しておけば切削状況も確認しながら遠隔操作可能となるので、かなり便利そうです。
レーザーカットするときなどは、カメラ越しに見ればいいので安全対策にもいいかもしれません。

あと、WebベースのCNCソフトなら、cheton/cncも気になる。調べれば調べるほど、いろいろでてくる。開発が終わっていそうなものもあれば、いまでも頻繁に更新されているものとか。基本的な操作をするならどれでもよさそう。別に遠隔操作などしなくてもいいけど、オフセットカットパスを自動生成してくれたり、2.5Dだけでなく3D切削/Engravingにも対応しているようなG Code Generatorで便利そうなのが欲しい感じです。


bCNCにおける加工原点の移動方法:
Gコードは生成したけれども、切削作業前に、やっぱり加工原点を変更したいというときがあります(材料が思ったより小さかったり、微妙に形状に合ってなかったなど)。以下は、G Code SenderであるbCNCで加工原点を編集する方法です。

 bCNCのメニューバーのFileタブを選択し、フォルダアイコンをクリックすれば、ファイル選択画面が出て、PC内に保存されているJscutなどで生成したGコードのファイルを読み込むことができます。
今回の図面は部品の下中央を加工原点として、Inkscapeで描きました。左右対称ということもあったので。この原点をbCNC上でずらそうと思います。

 メニューバーのEditorタブに切り替えます。そうすると上の画面のようになります。ここで、Originボタンを押して、加工原点にしたい位置(今回の場合、部品の左上→右上の間違い)をクリックします。

そうすると瞬時に加工原点は部品の右上に移動します。以上です。

Moveボタンで図形移動:
また、他のやり方として、Originボタンの左にあるMoveボタンで部品の図形ごと移動してしまうという方法。
 まずMoveボタンを押します。移動したい図形全体をマウスで囲んで選びます(クリックなら部分的なパスを選ぶことも出来ます)。あとはドラッグして移動します(今回の場合、やや左下へドラッグ)。失敗したらUndo。

 先ほどは部品の右角に加工原点がありましたが、ドラッグしてここまでずれました。

あとは、視点を切り替えてみて(赤丸で囲んだタブで選択:ISO1など)、大丈夫か確認します。
真上や真横から見た視点にも変えられるので、X-Y平面上での移動ならX-Yタブ、上下方向で移動したいならX-Zなどを選んでパスを移動させます。この加工パスの場合、3回で切断するパスなのでそれぞれ同じパスが3層になっています。一つの層だけのパスを選びたい場合は、X-Y平面の視点だと選びにくいので、このようなISO1や横から見たX-Zなどの視点にするとやりやすくなります。
このほか、ある程度のパスの編集もこのEditorタブの画面内で可能です。すべては試してないので分かりませんが、いろいろいじってみるといいと思います。


CNCマシン:ハニカムパネル(代用品)

ハニカムパネルの代用品として、アルミC型チャンネルを敷き詰めればいいかなと考えていましたが、スクラップをさがしてみたらアルミLアングルの端材が何本かあったので、以下のように敷き詰めてみました。左にあるのがA4サイズコピー紙です。

Lアングルは25x25mm t=2mmです。使えそうな端材はこれで全部ですが、だいたいA4サイズならカバーできます。
これなら下の合板の台座も焦げなくていいかもしれません。多少大きめのサイズなら以下のように少し間隔あけて並べるとか。すこし焦げる部分がでてくるけど。
これ↑は、A3サイズコピー紙です。ぎりぎり置ける感じ。
そして使わないときは以下のようにコンパクトにまとめておける点がいいかもしれません。
この程度のサイズのものなら、しばらくはこんな感じで使ってみます。
ひとつ問題なのは、先ほどのように縦に複数並べると貫通したレーザー光が縦方向(手前)に漏れてくるということ。そういう意味では、ハニカムパネルやグリッド状パネルなら縦横どちらにも漏れない仕組みになっていて、より安全ということ。ただ接地面積を減らして持ち上げればいいと思っていたけど、反射光が拡散しないようにするためには、そんな工夫も必要かもしれません。

ということで、以下のようにしてみればまだましかも。
手前に漏れてくるレーザー光をブロックするLアングルを配置。
これなら、先ほどより安全。ただ並べているだけなので、位置は適当に調整可能です。
あとで照射実験してみようと思います。

最終的にはA1サイズをカバーできるくらいの大きさが欲しいのですが、LアングルやCチャンネル材を敷き詰めると材料費だけで5000円はかかりそうです。
以前見つけたAliExpressの以下のハニカムパネル(13,483円)だと、サイズのわりにそんなに高くないけど、これを買うならブラシレスモーターのスピンドル(約18000円)を買う方が先かなとも考えてしまいます。

このハニカムパネルは確かにいいけど、使わないとき邪魔だし、しばらくはLアングルかCチャンネル材の代用品で行こうと思います。

2016年5月10日火曜日

CNCマシン:レーザーシールド(代用品)制作

まだレーザー遮光アクリルを入手していないので(高価なので)、その代用品をつくろうと思います。探したらABS樹脂2mm厚があったのでそれを材料にボックス状のシールドをレーザーの下部につけようと思います。レーザーモジュールの断面が32.5mm角なので単純に内寸33mm角チューブをABS樹脂でつくる感じです。


こんな感じで4枚の板を張り合わせてネジで止める部分に溝をつけるだけ。今回もまたすべて手仕事です。ABS板はプロクソンサーキュラーソーで切断。溝は模型用ノコギリ。あとはサンドペーパーで調整。この程度の作業だとCNCマシンでつくるとかえって時間がかかってしまいます。
そして、以下のようにすっぽりはめ込みます。

このままだとレーザー光が透けてしまうので、後から黒い塗装をしようと思います。
中に煙などがこもってしまいそうですが、レーザーモジュールの上部にファンがついており、黒いヒートシンク内部には通気孔が通っているので、煙を吸い上げるような感じで排気してくれます。
このままでもいいのかもしれませんが、いちおう以下のようにさらにレーザー照射面付近に窓のような物をつけてみました。このほうが反射光が外に出ないかなと思ってつけてみましたがどうでしょう?
直径20mmの穴が開いています。ここからレーザー光が出て来て素材に照射します。素材とこのシールドとの距離が短いほどレーザー光は外へ漏れないのですが、おそらく素材と5mm程度間隔をあけようと思います。
サンドペーパーで継ぎ目を削ったのでけっこうカチッとした感じになりました。あとは塗装するだけです。
内部と外部に塗装すれば、レーザー光は透けないでしょう。もしそれでも透けるのであれば、表面にアルミホイルなど貼ろうと思います。


前回のレーザー実験:
前回の写真を見ると、レーザー光が素材に当たっている部分が一番まぶしい感じです(以下、前回の画像)。
けっこう広範囲に漏れてきているのが分かります。合板の上の線が5mm間隔なので30mm四方はかなり強力な反射光、そしてだいたい50mm四方にまで広がっています。これがどのくらい小さくなるか??
素材が合板なら表面がフラットなのでシールドを3mmくらいまで接近させることができそうですが、フェルトなどの柔らかい素材だと多少波打っているので、5mmはあけないといけない。紙なども大きいと丸まってしまったりするし、素材をフラットに固定するのはけっこう大変です。


ハニカムパネル:
それとそのうちハニカムパネルも買わないといけないかも。画鋲をならべて自作している人もいたけど、ハニカムパネルは高価なので、そんな感じでもいいのかもしれない。サッシ用のコの字型アルミチャンネル(等間隔でたくさん並べる)も安価でいいかもしれない。
またもやAliExpressで探すと(以下)、
こんな感じのサイズで13,483円(送料込み)。A1サイズがすっぽり入るのでよさそう。サイズに対して思ったより高くないけど、やっぱり高い。というか、こうやって少しずつ環境を整えて行こうとするとけっこうお金がかかる。仕方ないのかもしれないけど。


レーザーシールド(代用品)完成:
つや消し黒を内部と外部にスプレーして完成したので早速実験してみます。5度塗りくらいしました。


レーザーシールド実験開始:
こんな感じでCNCマシンにセットします。以下。
ぎりぎりまで下げておきます。
それではレーザースイッチオン。M03 S1000でレーザー(5.5W)は最大出力。レンズ先からの焦点距離は約50mmですが、合板と今回のシールドの隙間は約5mmあります。
Gコード直接入力、レーザー出力100%、相対座標で現在地を12時の位置にして時計回りに半径20mmの円を300mm/minの速度で描くというプログラムです。
M03 S1000 G91 G2 X0 Y0 I0 J-20 F300

 前回よりは漏れていません。一応効果あります。塗装した黒いボディからも光は透けていません。上のほうからみるとこうですが、ちょっと下がって見てみると(以下)、レーザーが素材に当たっている部分が見えるためか反射が強く見えます。


 ゴーグルをつけて写真を撮っているので、そのときはどんな感じに見えるかはわかりません。
写真の撮り方や露出によっても写り方が違うので、これ↑なんかはかなり反射光がはみでているように見えます。


かなり上のほうから見れば、こんな↑感じ。少しだけ周囲にはみ出ているくらい。周囲も明るいせいか、レーザーの漏れてくる光もあまり目立ちません。
直接素材にレーザー光が当たっている部分が見えなければ、けっこう大丈夫そうです。つまり、あまり真横から見ないほうがいいということです。4面囲うというよりも、照射スポットが隠れるようにするといいのかもしれません。今回このボックス型シールドの底面に20mmの穴をあけましたが、あまり意味はないかも。それよりも、底面をはみ出るくらい大きくして全体的に隠すようにすればいいのかもしれません。ちなみに合板上の円は直径40mmなので、底面に直径60mmの円板をつければほとんど青い光が見えなくなるはずです。

結論として、シールドをつけないよりはつけたほうが断然いいですね。ただ、照射している部分が見えないので、4面あるうちの前面だけでもレーザー遮光アクリルにしたいです。いずれにせよ、これで前よりは怖がらずに作業できそうです。

追記:
その後レーザーシールドを改良したバージョンはこちら