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。
その他、電子工作・プログラミング、最近は機械学習などもやっています。基本、Macを使っていますが、機械学習ではUbuntuを使っています。


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:
利用例や付加機能など:
CNCルーター関係:



*CNCマシンの制作記録は2016/04/10〜の投稿に書いてあります。

2016年10月27日木曜日

12W(12000mw)中国製レーザーダイオードモジュール

いままでダイオードレーザーでは10Wが最高だと思っていましたが、12Wというさらに強力なダイオードレーザーモジュールもありました。以前は10Wでも5万円くらいしましたが、12Wでも3万円くらいになりました。ずいぶん安くなりましたね。
追記:さらに15Wレーザーモジュールも登場(こちらへ

AliExpress.com Product - DIY Focusable 445nm 12W,12000mW Blue Laser Module,High-power For CNC Cutter Engraver Engraving Machine Adjust Freeshiping by DHL30,381円(送料込み)

AliExpress.com Product - 12000mW Blue Laser Module,12W DIY Focusable 445nm,High-power For CNC Cutter Engraver Engraving Machine Adjust shiping by DHL30,802円(送料込み)

AliExpress.com Product - Freeshipping ! 12W 12000mW High-power laser engraving Laser module Blue Light 450nm laser head28,420円(送料込み)

AliExpressで、ざっと探すとこんな感じです。大体3万円くらいで売っています。写真を見る限りどれも同じ製品のようなので、28,420円のが一番安そうです。
ただし、「焦点固定」となっているらしく、このレーザーモジュール自体の焦点の微調整ができないようです。おそらくもうすでに焦点設定されているのかもしれませんが、最終的にはCNCマシンのほうで焦点設定(レーザーモジュール本体と素材との距離設定)する感じになるかと思います。
上から2番目の30,802円のレーザーモジュールは焦点調整可能のようです。

ちなみに5500mw(現在使用中:焦点調整可能)のレーザーモジュールはこちら。
AliExpress.com Product - 5500mW Blue-violet Laser Module Parts with Holder Heat sink for Mini Laser Engraving Machine High-power wave length 450nm focus15,211円(送料込み)。
12Wは、約2倍の値段で出力も2倍という感じです。

出力2倍だからといって、単純に2倍の厚みの素材まで切れるという感じではないと思います。要はレーザー光の焦点深度(焦点が合う範囲)が2mm前後なので、1パスで2mmくらい切断したほうがきれいに切れると思います。出力2倍であればスピードは2倍になるかもしれませんが、レーザーだとどうしても焦げたりするので、厚い素材(2mm以上)をきれいに切断するなら、数回のパスで切断したほうがいいと思います。
しかし、12Wもあればかなり迅速に切断加工できそうです。そろそろ買い替えようかな。

2016年10月5日水曜日

CNCミリングマシンとCNCルーターマシンいろいろ

CNCミリングマシンの場合、フライス盤がベースとなって比較的小型で剛性もあり、移動テーブルのついたもの、そして金属加工メインという感じです。それに比べCNCルーターマシンは、比較的大きめで、木工など(金属加工よりも切削抵抗を受けない素材)を加工するタイプという感じです。どちらも3軸CNCマシンとして仕組みは同じようですが、精度、剛性においては、CNCミリングマシンのほうが遥かに上といった感じでしょう。

比較的安価なフライス盤(手動):

プロクソン(PROXXON) マイクロ・フライステーブル MF70 No.27120
プロクソン (PROXXON)
売り上げランキング: 61,381
安価なフライス盤(手動)であれば、プロクソンのこれ↑になるでしょうか。アマゾンで26,745円(送料無料)。
これを改造して3軸にステッピングモーターをつければCNCフライス盤になるかもしれません。
フライス盤は、もともと剛性が高くつくられているため、作業領域は狭いですが、精度が高い加工が可能です。小さな金属部品、あるいは電子回路基板など作成にはいいと思います。


フライス盤として、もう少ししっかりしたものが欲しいなら、
東洋アソシエイツ  ミニフライス盤LittleMilling1 66400
東洋アソシエイツ
売り上げランキング: 69,311
>
こんな感じ↑の卓上フライス盤、105,838円(送料無料)。
同様に、これを改造してCNCフライス盤にすることもできそうです。移動可能範囲180x130mm。


AMYAMY マイクロ・クロステーブル ミニのヘテロ ベン (6300 SIZE)
Yongkang Lison Industry and Trade Co. , Ltd
売り上げランキング: 9,581
これは逆に、XY軸だけの安価なクロステーブル。3,299円(送料無料)。
移動可能範囲は200x50mm。これにZ軸をつけてCNC3軸フライス盤にすることもできそうです。


しかし、改造するのが面倒であれば、オリジナルマインドのCNCミリングマシンということになるでしょうか。

作業テーブルサイズが、100x150mmのもので138,000円。
少し大きい150x200mmのもので178,000円。
作業エリアがこれ以上のものもあるけれども、そうなると20万、30万という感じでかなり高価になっていきます。


OpenBuilds:
それでは海外の製品はどうかというと、OpenBuildsの以下のようなものがあります。

作業エリア750x330mmとかなり広め。これで108,942円(送料別)。
これはどちらかというと、CNCルーターマシンに近いかもしれません。しかし送り機構はボールネジを使用しているため、精度も強度もそれなりにあると思います。X軸(左右方向)とZ軸(上下方向)にルーターが移動し、テーブルが前後方向(Y軸)に移動するタイプ。

また小型のものであれば、作業エリア350x280mmの以下のもの。
これもY軸方向にテーブルが移動するタイプで55,003円(送料別)とリーズナブル。

OpenBuildsはどちらかというとキット販売というより、CNCマシンをつくるために必要な部品を選んで自作するという感じなので、かならずしもこの形にこだわる必要もなさそうです。
このような↑、Cビームリニアアクチュエータという直動機構と送り機構が一体となった部品を組み合わせて、好みのサイズのCNCマシンを構成することができます。250mmのもので12,537円、500mmで14,367円、1000mmで16,855円(それぞれNEMA23モーター含む、送料別)。モーターなしにすればそれぞれ2500円くらい安くなる。

もう少し安価なタイプだとこちら↑のVスロットリニアアクチュエータ。これは送り機構として送りネジではなくタイミングベルトを用いたタイプ。より高速で動くことが可能だけれども、剛性や精度は送りネジを用いたものよりは落ちるという感じ。250mmで8990円、500mmで9530円、1000mmで10969円、1500mmで12,666円(それぞれNEMA17モーター含む、送料別)。モーターなしで1800円くらい安くなる。CNCミリングというよりCNCルーター用という感じ。

また、AliExpressでもOpenBuildsの部品やキットも販売しています。
NEMA23対応のCビームリニアアクチュエータであれば、
AliExpress.com Product - DIY NEMA 23 c-beam Z axis kit CNC Z-AXIS ASSEMBLY kit M8 lead screw Linear Actuator Bundle set with stepper motor8923円(送料込み)。
おそらくこれは250mmのZ軸用かもしれません。詳しくはショップに問い合わせてみるといいでしょう。他のサイズも取り扱っている場合もあります。

AliExpress.com Product - free shipping via DHL or EMS Openbuilds OX CNC router machine OX CNC MECHANICAL KIT ooznest OX CNC Machine作業エリアは問い合わせないと分からないですが、画像から判断すると400x700mmくらいでしょうか。このキットで77,309円(送料込み)。
またもっと大きい作業エリアのものだと、

AliExpress.com Product - OX CNC Router Kit 1000x1500mm 4Axis Belt Driven Wood Metal Engraving Milling Machine with 175 oz*in Nema23 Stepper Motors
こんな感じのもの58,201円(送料込み)。
どうやら1000x1500mmのVslotレールを使っているようです。これもタイミングベルト方式。
という感じで、AliExpressで探せばいろいろでてきます。


また、お手頃なものとして人気なのが以下のようなタイプ。
AliExpress.com Product - CNC 3020 with ER11 Diy mini cnc machine,3 Axis pcb Milling machine,Wood Router, laser engraving With GRBL Control And Offline14,672円(送料込み)

3020というのは作業エリア(30cm×20cm)ということです。組み立てや調整をきちんと行えば精度は出るようです。
もう少し大きいのであれば3040というサイズになります。



タイミングベルト方式か送りネジ方式か:
送り機構をタイミングベルト方式にするか送りネジ方式にするかで値段がかわってきます。送りネジ方式にしても、送りネジが単なる三角ネジか台形ネジかボールネジかでも精度は変わってきます。当然ボールネジのほうが精度がでるわけですが、その分値段が高くなったり、重くなったり、移動スピードも精度が上がる分遅くなります。
タイミングベルトのメリットは、安価であるし、すぐに部品を取り替えられること。もしスライドレールを拡張したときにも、タイミングベルトを張り直せばいいだけです。特に2GTや3GTという規格のタイミングベルトは歯が半円形になっており理論上バックラッシュゼロなので、そんなに精度が出ないというわけでもなさそうです。普通に趣味で使う分には問題ないと思います。


X-CARVE:
このほかDIY的なCNCルーターなら、海外製ですがX-CARVEがあります。

作業エリアは800x800mmのもので約12万円(送料別)。これよりも小さいタイプもあります。これもタイミングベルト方式(Z軸だけ送りネジ方式)。
3軸CNCマシンで、ヘッドにダイオードレーザーを取り付ければレーザー加工機としても使えます。


ShapeOko3:
似たような価格帯でもうひとつShapeOko3というのもあります。
ShapeOkoもX-CARVEと同様にサイズに応じて約10万円から15万円前後。
これもタイミングベルト方式。何回かの改良を重ねて品質向上しているようです。

X-CARVEやShapeOkoで使われている部品の一部はAliExpressでも購入可能で、このような部品を組み合わせるだけで似たような仕組みのCNCマシンを自作することもできます。
どちらもタイミングベルト方式なので、
AliExpress.com Product - Torsion Springs Pulley Set Gt2 Timing Belt Replacement Kit Accessories Screws Idlers Durable>2GTタイミングベルトとプーリーのセット、391円(送料込み)。

AliExpress.com Product - Makerslide Aluminium Extrusion Buildlog 2X laser ORD bot 3 D printer CNC mill frame Aluminum Profiles MakerSlide ExtrusionMakerSlideというV型のレールのついたアルミプロファイル、1962円(50cm/1cmごとに40円/送料込み)。

AliExpress.com Product - Solid V Delrin Wheel 5mm bore - V Rail V Slot Aluminium Linear Extrusion 3D Printer RepRap CNC v-wheel Makerslide Openrail上記V型レール用のV溝ホイール、10個セット2943円(送料込み)。

AliExpress.com Product - 500mm length OpenRail Linear Rail V slot rail aluminum extrusion openrail makerslider black anodized しかし、普通のアルミプロファイルこのレールを取り付けるという手段もあります。OpenRailというものらしいです。500mm長さ、2,001円(送料込み)。

断面はこんな感じで片方がV字の山がついています。つまり、普通のアルミプロファイルは国内で買って(たぶん、普通のアルミプロファイルは国内のほうが安いかもしれない)、あとからこのレール部品を取り付けるという手順です。またはアルミプロファイル以外の材料を使う場合(チャンネルやアングルなど)にも使えるかもしれません。ショップによっては最長で1500mmまであるようです。

このほか、別のタイプのレール/ホイールもあります。
こちらはMakerSlideとは違って、アルミプロファイルの溝自体がV型に斜めカットされているV slot Rail。1000mm、2,450円。写真は2040(20x40mm)ですが、サイズはいろいろあるようです。

ちなみに国内で普通に販売しているアルミプロファイルは、溝の部分がV型に斜めカットされていないため以下のV Wheelがぴったりはまらないので注意。

AliExpress.com Product - Delrin Flat type V-slot passive wheel delrin pulley wheel 5*24*10.5mm bearing printer roller wheel 3D printer 20 profile rail
一個109円(送料込み)。
V slot Rail用の角が斜めカットされているV wheel。

AliExpress.com Product - 10pcs High precision CNC clear Polycarbonate Xtreme v Mini wheel for Openbuilds v-slot linear rail system
また別のショップでは、V Wheelがこの画像のようにMakerSlideにもV slot Railにも使えるものもあります。10個セット、460〜1,023円(送料込み)。

MakerSlideを選ぶかV slot Railを選ぶかは好みや設計次第です。アルミプロファイルの軸上(中心)に車輪を滑らせたいのなら、V slotのほうを選ぶという感じでしょうか。

という感じで、AliExpressにもCNCマシンの部品屋がたくさんあるので(ショップによって値段も多少違う)、探してみるといろいろあるはずです。このように部品選びをしていると、次第に自作したくなってくると思います。
基本構造はこれらの部品の組み合わせでつくることができますが、自作するならあとはモーターも含め電気系統という感じです。おそらく5万円程度で自作できるかと思います。


この他の自作用部品:
このブログ上で自作したCNCマシンは、当初これらの部品を組み合わせてつくろうと思ってましたが、スペック、剛性、強度などを欲張ってしまったため以下のような部品を使いました。

AliExpress.com Product - 6 sets SBR16 L1000/650/350mm+ SFU1605-350/750/1050mm ball screw+3 BK12/BF12+3 DSG16H nut holder+ 3 D25-L30-6.35*10mm Couplingこれは、CNC3軸マシンをつくるための部品セット、36,936円(送料込み)。タイミングベルト方式ではなく、送り機構としてボールネジが使われています。直動機構もΦ16mmのレール上にスライドブロックがのる仕組みです。そのおかげで、かなりの剛性や精度を得ることができると思います。これらの部品とアルミプロファイルと組み合わせることも不可能ではないのですが、各部品の穴のピッチがアルミプロファイルの溝と一致しにくいために、構造自体も自作しなければいけないという感じです。

回転軸用パーツ:Grbl 1.1では3軸までしか制御できませんが、以下のような4軸以上のファームウェアを使用すれば、4軸目以降に回転制御機構を追加できそうです。ArduinoMega:4軸ファームウェアArduinoMega:5軸ファームウェアArduinoMega:6軸ファームウェアArduinoMega:6軸ファームウェア(Android) AliExpress.com Product - CNC Rotary A Axis chuck 50mm activity tailstock for CNC Router Engraver Milling Machine
14,862円(送料込み)

国内レーザー加工機と中国製レーザー加工機の比較

国内レーザー加工機:

まず、国内のCNCレーザーなら以下のSmart DIYsの「FABOOL Laser Mini 1.6W」
ダイオードレーザー1.6Wで64,584円。
厚さ2mmまでの合板やアクリル(透明アクリルは切断不可)が切断可能。

また、3.5Wにパワーアップしたバージョンは以下。
3.5Wだと91,584円。4mmまで切断可能らしい。

要は、レーザーヘッド部分を3.5Wに置き換えるというもの。この3.5Wレーザーヘッド(別売り)だけで37,584円。

ただ、3.5Wにしても光が透過してしまうため透明アクリルを切断することはできない(黒アクリルなら可能)。透明アクリルも切断したいというなら、以下のCO2レーザーになる。


FABOOL Laser CO2(40W):280,584円。
さきほどのダイオードレーザーを使ったFABOOL Laser Miniとは違って、40WのCO2レーザーを使っているためかなり強力。その分値段も急に跳ね上がる。
これであれば、透明アクリルも含め合板など10mmの厚さまで切断可能。たしかにレーザーで切断するなら、このくらいの出力が欲しいところ。工業用に比べれば安いけれども、28万円というのは一般素人にはまだまだ高価。

似たようなものが他にないか探してみると、国内のレーザー加工機であればPodeaというのもあります。

ラインナップとして:
1.6W Eco Cycleモデル 75,384円
1.6W 基本モデル 96,984円
3W モデル 129,384円
6W モデル 172,584円

1.6Wや3Wのものは、FABOOL Laser Miniと似たような感じ。どうやら日本製の部品を使っているらしく(中国製の部品より精度がある)、その分高価になっているみたい。その他品質向上のために独自のプログラムや回路設計も行っているようです。
より高出力を求めるなら6Wモデルというのもある点が気になります。しかし税込みで17万円となると、少し躊躇してしまいます。

基本的にこれらのレーザー加工機は2軸のCNCマシンなので、X軸とY軸がステッピングモーターで駆動する仕組みです。Z軸に関しては上下に動かないので、ヘッドを取り替えてCNCルーターマシンに転用することはできません。構造的にも、切削抵抗を受けるCNCルーターにとっては華奢かもしれません。
ということから、自作は無理だしレーザーだけでいいというなら、これらの製品が確かにリーズナブルだと思います。


とにかく価格重視:
それでもまだ高価だというのであれば、中国製のレーザー加工機という選択肢もあります。ただその分リスクはあるかもしれません。精度だったり、制御プログラムや電源の問題だったりと。しかし、価格的にはかなり安いのは確か。中国のAmazonのような物販サイトAliExpressでは中国製品がかなり安く購入できます。ある程度の知識やスキルがあって改造などできるのであれば特に問題ないと思います。

まずはレーザーヘッド部分だけ交換するならば、
AliExpress.com Product - 500mw/800mw/2500mw/5500mw 405/450NM focusing blue purple laser module wood engraving,pwm TTL control laser tube diode+ goggles5.5Wダイオードレーザーモジュール 約7,027円(送料込み)。

1.6Wや3Wでは物足りないというならば、レーザーヘッドをこれに変えれば出力5.5Wになります。ドライバ基板、ACアダプターもついていてかなり安い。



AliExpress.com Product - High Power 15w Laser Diode Module Lazer Head diy cutter engraver cnc machine for metal wood 450nm 15000mw 15 w TTL>18,606円(送料込み)
15Wもあります。ダイオードレーザーモジュールでは現在最大出力だと思います。


レーザーモジュールだけでなく、本体もセットなら、
AliExpress.com Product - 15W laser_AS-5, 15000MW diy laser engraving machine,metal engrave marking machine,metal carving cnc router machine,advanced toys45,347円(送料込み)
これは15Wのセット。作業エリアはA5サイズ程度で小さいですが高出力。


AliExpress.com Product - Ship DHL 10W laser 14*20cm,10000MW big DIY laser engraving machine,diy marking machine ,diy laser engrave machine,advanced toys37,384円(送料込み)
これもA5サイズで、10Wになれば少し安い。

AliExpress.com Product - Benbox 405nm 10000mW Mini desktop DIY Laser engraving engraver cutting machine Laser Etcher CNC print image of 50 X 65 cm logo35,367円(送料込み)
これは↑作業エリア500x650mmで出力10W。
この作業エリアと10Wの出力でこの値段ならかなり安いはず。制御に関してはArduino+Grblで可能なので、もし付属の制御プログラムや制御基板(モータードライバ含め)が不十分であったとしても以下の追加で改良できます。

AliExpress.com Product - Free shipping! New cnc shield v3 engraving machine / 3D Printer / + 4pcs A4988 driver expansion board Arduino基板、CNCシールド、モータードライバのセットで433円(送料込み)

あと問題となるのは、ステッピングモーターを駆動するための安定化電源。これが日本国内のAC100Vに対応しているかどうか?
AliExpress.com Product - Best quality 24V 5A 120W Switching Power Supply Driver for LED Strip AC 100-240V Input to DC 24V1,139円(送料込み)。24V 5A AC100-240V対応。
キットに安定化電源が付属しているのであれば問題ないですが、もしAC240Vしか対応していないのであればAC100V対応のものが必要。キットを購入する前にAliExpressのショップにメール確認するといいと思います。必要アンペア数も十分なものを購入する必要もあります。
ShapeOko Wikiを見ると、電源についてはNEMA17クラスのステッピングモーター(4個使用)なら100〜120W、NEMA23(4個使用)なら150〜200Wくらいあったほうがよさそうです。つまりNEMA17(4個使用)の場合、DC12Vなら8〜10A、DC24Vなら5A以上という感じです。


とりあえず安いキットで試す:
改造や改良となると、ある程度の知識やスキルは必要となりますが、とりあえず安いキットを購入して試してみるという方法もあると思います。ある程度理解が深まれば、改良するための部品を追加注文したり、新たに自分の望むスペックに合わせて自作するという感じになると思います。

AliExpress.com Product - benbox 1000mw laser engraving machine cutting maching laser engraver big working area 65*50cm support laser power adjustこれは低出力1000mwのレーザー加工機セット、20,839円(送料込み)。
このような比較的安価な製品をもとに改造していってもいいと思います。

AliExpress.com Product - CNC3018 ER11 (laser options) ,diy cnc engraving machine,Pcb Milling Machine,wood router,laser engraving, GRBL control,cnc 3018
コンパクトなタイプであれば、CNC3018(作業エリア300x180mm)。このタイプはレーザーをオプション追加することもでき、ビギナー向けのオールインワンタイプ。CNCマシン単体(3軸):20,602円(送料込み)500mWレーザー付き:23,376円(送料込み)2500mWレーザー付き:27,971円(送料込み)5500mWレーザー付き:33,779円(送料込み)


より強力なC02レーザー加工機:
ダイオードレーザーでは物足りないので、やはりCO2レーザーでアクリルなども切断したいというなら、
AliExpress.com Product - Co2 laser machine with USB Sport 110/220V 40W 300*200mm Mini CO2 Laser Engraver Engraving Cutting Machine 3020 Laser62,331円(送料込み)
作業エリアはA4サイズ程度ですが、40WのCO2レーザーなので、アクリルも簡単に切れるはずです。ただ、CO2レーザーの場合、内蔵されているガラス製のレーザー管、それを冷やすための水冷用ポンプだったり、仕組みはやや複雑です。特に配送途中でガラス製のレーザー管が割れたりするので、その辺のトラブルを避けるためにあらかじめショップとやりとりしておくほうがいいと思います。

AliExpress.com Product - Hight Quality 700MM 40W Co2 Glass Laser Tube for Engraver Cutting MachineCO2レーザー管(40W)、13,239円(送料込み)

2016年10月2日日曜日

エッジファインダー

CNCマシン(フライス盤)上の材料の端部を検知するためのツール。
最終的に先端部の半径を差し引いて、X軸とY軸の加工原点を定めることができます。

やはりAliExpressでは安いものがあります。

AliExpress.com Product - 1pc Precision hardend 10mm Shank Titanium for Edge Finder High Speed Steel Test Tool for Milling and Lathe High Quality287円送料込み(セール中)。
径10mmがはまるドリルチャックやコレットが必要です。

アマゾンだとちょっと高い。

AliExpress.com Product - Precision Titanium non-magnetic mechanical Edge Finder center finder Touch point sensor for CNC machine 径6mmのものは少し高いようです。1419円(送料込み)。


尚、Z軸高さ調整用プローブは以下。
AliExpress.com Product - New Cnc Z Axis Router Mill Touch Mach3 Tool Setting Engraving Machine Tools Auto-Check Instrument Dia 35mm495円(送料込み)。自作可能だけど安価なので購入してもいいかも。
使用方法についてはこちらへ

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