CNCマシン：レーザーについて

＊レーザーについてはこちらへまとめました。

スライダーレールやボールネジなどの部品が届いてから、その寸法に合わせてミスミへアルミフレームを注文しようと思います。ミスミならすぐに届くので時間的にも問題ないでしょう。
その間、ソフトについても再確認しつつ、レーザーカッターのほうも検討しておこうと思います。
おそらく5Wのレーザーモジュールを買おうかという感じですが、結構強いのでゴーグルも必ず必要になります。

この↑、5Wのレーザーモジュール（17,892円：送料込）が候補です。もうひとつ候補にしていた5.5Wのもの（26376円）に比べると、0.5W差のわりにはかなり安い。5.5Wで、4mm厚の木材が切断できるらしい。5Wなら3~4mmくらいなのかも。さらにその上には10Wのもの（46354円）もあるけど、そうなるとかなり高い。きっとレーザーもひとつ手に入れれば、もっと高出力のものが欲しくなるのだろうけど、とりあえず5Wにしておこう。5.5Wあたりから急に高くなるので。

5Wのほうの説明を見ると、「520nm green light,450nm blue light」と書いてあるので、緑と青の混合の光が出ているということでしょうか。そうであれば、この特定の波長を遮るためのゴーグルが必要になります。ゴーグルもなんでもいいというわけではなく、ほぼその波長をシャットアウトする作業用から、ある割合を軽減するものとかいろいろありそうです。日本で専門的な作業用ゴーグルを見てみると２万円とかしました。
それでは、AliExpressならどうかというと、

こんなものが↑、送料無料で321円。しかもアプリ価格で269円。大丈夫なのか心配です。レーザーの焦点を合わせるときに、ある程度光が目に入ってくるので、ちょっと心配です。このゴーグルの説明には「190nm to 540nm」の波長のレーザーから守ることができると書いてあります。さきほどの5Wレーザーモジュールが青450nmと緑520nmなので一応守備範囲なのですが、おそらくこの安いゴーグルは、ある程度軽減するだけで、安い分、その軽減率も低いのでしょう。高価なものほど軽減率が高いのかもしれません。
レーザーには30Wとか50W以上のCO2レーザー、YAGレーザー、半導体レーザーなどあるようです。先ほどの5Wレーザーモジュールはたぶん半導体レーザーだと思います。

ミスミでも調べてみたのですが、YAGレーザーとか波長が800以上とか940、1064とかばっかりです。しかも2万〜３万円とか。高いし、なかなかないので、ほかで探してみようかな。
専門性の高いゴーグルの場合、光学濃度（OD）の値が書いてあり、調べてみると、

こんな↑感じらしい。つまり光学濃度（OD=Optical Density）の値が高いほど減衰率も高くなり安全というわけで。これを参考にどの程度の品質なのかが分かりそうです。
再度先ほどの321円のゴーグルの説明を見てみると、OD値が書いてありました。5以上、5+、6+とか書いてあります。ということはかなり安全ということですね。普通のサングラスより安いのに。まあこれでいいか。と、またAliExpressになってしまう。とりあえずWishListに入れておこう。いや、アプリ価格で269円だし、100均感覚ですぐに買ってしまおう。どうせ必要だし。秋葉原とかにいく往復電車賃より安い。

ちなみに、こんなもの↓も売ってますが、これもレーザー用ゴーグル（823円/2個）。

これ↑は、Violet/Blue 200-450/800-2000nmの波長用で、青450nmはOKですが、緑520nmがカバーされていないためダメです。これにはOD値は書いてませんでした。分からなければ自分で調べるのも手ですが、これもチャットやメッセージでやりとりしてきいてみるのもいいと思います。「このレーザーモジュールにはこのゴーグルは大丈夫ですか？」とか。
同じレーザー用ゴーグルとは言っても見た目の好みで選ぶと危険です。こんな感じで、調べて行くと勉強になりますね。
緑色のゴーグルなのに緑がダメっていうのも紛らわしい。
いちおう光の波長の表（wiki）。

オムロンにあるこっちのほうが分かりやすいかな。以下。

やっと注文しました。

前回投稿の部品セットをやっと注文しました。ほとんどSaleの文字に惹かれて、決めてしまった感じです。Fedexなので、来週には届くでしょう。
ステッピングモーターNEMA23（4個）は、３個セットを4個同時に送れないかとメールしておいたので、その返事待ちです。
ドライバDRV8825も注文しましたが、それは３週間くらいかかるかも。aitendoで買ったドライバA4988があるので、とりあえずは大丈夫です。

あとはミスミでアルミフレームを900x1100mmに合わせて注文する感じです。
具体的に部品の寸法も分かって来たので、それに合わせて設計です。
AliExpressで注文した部品類は、すべてこのアルミフレームの上にのるので、ネジの位置など確認しながら、ちょうどいいアルミフレームを選んでいく予定です。

Z軸に関しては、150x350x5のアルミ板にレール2本、その間に送りネジを通し、上下にベアリングボックスが配置される感じです。あとはアルミLアングル材などでモーターマウントをつくり、スライダーの上に150x150x5のアルミ板をのせて移動テーブルを付ける感じです。

メインフレームのほうは、径16mmのスチール製のレール（ベース部分はアルミ）があるので、それだけでも剛性が高そうなので、それほど太いアルミフレームは必要ないかもしれないです。
レールベース部分には30mmの幅でM5用の穴が開いているので、その穴にフィットするような30mmが2列の6060アルミフレームがいいかもしれないです。そのままアルミフレームのスリットに先入ナットを使って固定できそうです。

上の図面右下が6060です。いわゆる60mm角のアルミフレームの断面図。各側面に30mm間隔で２列溝がついているので、同じようにレールベースに30mm間隔であいている穴と合わせます。ミスミでは「HFSP6-6060（上図面1100mmで6170円）」と「AFS-6060（下図面：1100mmで3218円）」があるようで、たぶん安いほうで充分だと思います。

これ↑が、径16mmスチールシャフト付きレールの図面。SBR16~という種類のものです。これが、アルミフレーム6060の上にのる感じです。下の表のSBR16Sの欄のCがベースの穴間隔です。30となっているので、6060の溝に合うはずです。
以下のような先入ナットを溝に入れてM5で固定していきます。表を見るとレール長手方法に150mm間隔で穴があいているようです。

この先入ナット（HNTT6）は、50個で1320円。M3からM6のネジ穴が選べるようです。
平行に並ぶY軸(1100mm）6060アルミフレーム２本については、それぞれの上にレールがのる感じです。それをまたいで移動するX軸（900mm）6060アルミフレーム（3190円）に関しては、おそらく上下にレールがつく感じになるでしょう。なので、Lアングル２個とアルミ板をつかってコの字型になるようにスライダーがつく感じです。そしてコの字型のスライダーにZ軸ユニットが取り付く感じです。あとはY軸同士をつなぐ3060を２本（1000mm:２本で2860円）をとりあえずは以下のようなジョイント部品でつければだいたいのかたちが見えてきます。

図面を見るとけっこうそれぞれの部品がゴツいので、できるだけコンパクトになるようにしたいと思います。いまスケッチしてみたけれども、レールはいいけれど、送りネジをどのへんにつけるかが難しいです。かなり全体が太くゴツくなりそうです。

アルミフレーム類：
6060（1100mm：2本）3218円×2=6436円
6060（900mm：1本）3190円
3060（1000mm：2本）2860円
超低頭六角穴付きボルト（M5x10mm：50個）1350円
先入ナット（50個）1320円（エコノミーなら1500円/100個）
L型ジョイント（8個）1672円
合計16,828円

レール、送りネジ一式 37,516円
NEMA23（4個）＋DRV8825（4個）　9235円

全体合計 63,579円

予定の５万円を超えてしまったけど、結局かなり欲張ってしまったので仕方ありません。
でも思っていた２倍以上のスペックです。
あとは部品が届いてから、現物を見ながら制作という感じです。

あとレーザーモジュールに関しては、以下の5Wのものがいいかも。
これで、18,041円です。全部で10万円以下には収まるでしょう。

CNCマシン：サイズ800x1200mmで設計見直し

CNCマシンのサイズは800x1200mm（外形）で行くことにしました。
厳密には、X軸800mmがY軸2本で挟まれるようになるため、X軸外形は800+αという感じです。
問題は、Y軸が予定よりさらに長くなったために、Y軸の大スパンでたわみがでないかということです。Y軸上のスライダーの取り付き方によっては、Y軸外側に支柱を取り付けることも可能です。そうすればたわみはかなり解消できるでしょう。
最終的には、X-CARVEやShapeokoのように、底面にMDFボードをつけることで、全体が平行四辺形にならないようにしようと思います。
底面に800+αx1200x15mm厚MDFが取り付くという前提で、その上にのるアルミフレームをつくるという感じでしょうか。

まずは、スライダーの仕組みをV-WheelやOpenRailを使うかどうか、それともシリンダーレールにするかは、両方の案をもう一度出してみて、比較してから決めたいと思います。
それからもうひとつずっと気になっていたのが、タイミングベルトが1mくらい張られるので、伸び縮みによる誤差が発生しないかです。もちろん送りネジ方式にしたほうがいいとは思いますが、そうするとまたコストアップしそうです。この辺も少し調べてみます。

送りネジ関係：すべてミスミ
X軸：径16mm30度台形ネジ1200mm（両端加工）：6130円×2=12260円
Y軸：径10mm30度台形ネジ800mm（両端加工）：3740円
径10フランジベアリング 4個 410円x4=1640円
径6フランジベアリング 2個 250円x2=500円
台形ネジ用樹脂ナット径16mm 1180円x2=2360円
台形ネジ用樹脂ナット径10mm 1090円
合計：21,590円

送りネジ関係をAliExpressで探していたけれども、以下のようなセットを見つけました。

写真では分かりにくいかもしれないけど、CNCマシンの部品セットです。
・XYZ軸のレール（2本ずつ）＋スライドブロック（4個ずつ）
・XYZ軸の送りネジ（１本ずつ）
・XYZ軸のロックナット（１個ずつ）
・XYZ軸の送りネジ両端のベアリングケース（2個ずつ）
・XYZ軸のカップリング（１個ずつ）6.35-10mm（NEMA23対応）

上の画像のセットは、XYZ軸が350/900/1100mmのセット（32,393円）です。サイズは他にもあります。
・350/900/1100mm
・300/700/1500mm
・300/1000/1300mm
・350/650/1050mm
・400/700/800mm
・350/600/750mm
・300/700/1000mm
・350/1100/1100mm
サイズが大きくてもあまり値段がかわらず、だいたい3万円前後という感じです。
配送はFedexで3~6日になっており、それ以下の安い配送方法はないです。
どうやら今日2016年3月29日からのセール対象の商品らしく10%OFFされるようです（スマホアプリ対応）。そうすると3万円くらいになるかな。
まさに求めていた部品がだいたい入っているし、サイズも望んでいたものに近いし、これしかないかも。しかもセールということで、勢いで買ってしまいそう。

もともとのV Wheelとかタイミングベルトすら面影はなくなってしまったのですが、ぱっと見はこっちのほうが精度でそう。部品が粗悪品で精度でないかもしれないけど、まあ調整すればなんとかなるのではないでしょうか。仕組みがやや本格的なCNCマシンになってしまって、DIYっぽさがなくなってしまいそうです。まあいいでしょう。

上記の350/900/1100mmのセットで充分だと思うのですが（それ以上の大きさだと大きすぎるので）、Y軸（1100mm）にはNEMA23が2個つく予定なので、もう1セット送りネジ、ロックナット、ベアリングケース、カップリングが必要になります。

いまチャットで聞いてみたら、プラス7564円でこの追加部品を売ってくれるということでした。
そうすると、セールの最初のセットとこの追加部品で、29952+7564=37516円ということになります。再度リストを書くと以下のように。

直動＋送りネジ部品一式：
・X軸のレール900mm（2本）＋スライドブロック（4個）
・X軸の送りネジ900mm（１本）
・Y軸のレール1100mm（2本）＋スライドブロック（4個）
・Y軸の送りネジ1100mm（2本）
・Z軸のレール350mm（2本）＋スライドブロック（4個）
・Z軸の送りネジ350mm（１本）
・XYZ軸のロックナット（合計4個）
・XYZ軸の送りネジ両端のベアリングケース（４セット）
・XYZ軸のカップリング（合計4個）6.35-10mm（NEMA23対応）
このセット（追加部品含む）：37,516円（Sale割引値段含む）

モーター類：
ステッピングモーターNEMA23（４個）9669円（スマホアプリの値段：9111円）
ドライバDRV8825（4個セット）803円

アルミフレーム類：
ミスミのアルミフレーム（要再検討：たぶん10000円くらいかな）

以上でほぼ部品類は揃う感じです（たぶん95%くらい）。
アルミ板、ネジ類、ケーブル類などがほかに必要。
ぜんぶで6万くらい。実際はもう少しかかるけど、手持ちの部品や材料もあるので。

サイズXYZ：900x1100x300mm（外形）
ベアリングスライダ＋送りネジ方式
NEMA23（４個使用）

かなりスペックが上がってしまったけど、だいたい満足。
それでは、注文しようかな。

CNCマシン：そろそろ決めよう

当初は、Smart Lazer Miniを購入しようと考えていたので、作業エリアはA4程度だった。でも、弱いレーザーでは切れるものに限界がありすぎるから、それならルーターもつけちゃおうとなった。そうしていくうちに自作熱が跳ね上がり、というか欲が出て、サイズも大きくなり、いまではステッピングモーターもNEMA17から23になってしまった。
作業エリアは大きいほうがいいけど、なんとなく材料発注にきりのいい1000x1000mmにしていた。でも、3x6版の900mm幅の合板をまたいで切ることができないということが、なんとなく気になっていた。1000mmとは言っても、外形が1000mmであって、作業エリアはきっと両端から100mmくらい減って、実質800x800mmになってしまう。大きいわりには、A1サイズ841x597mmもぎりぎり入らないし、なんとなく中途半端だなと感じていた。

ということでサイズに関しては、1200x800mmにしようとさっき思った。こうすれば、900幅も入るし、A1も入る。場合によってはA1にプロッターとして描くこともできるだろう。
正確にはX軸が800mm、Y軸が1200mm。つまり800x1200mmという縦長。X軸が1000mmから800mmにダウンした分だけ剛性も上がる。そうなれば、Y軸はもっと長くてもいいけど、デカすぎるのも邪魔だから、ちょうど今使っている4x8版1200x2400mmの作業台の片側に載せる感じ。使わないときは、壁にでも引っ掛けておけばいいかなとも思ってる（そんなに簡単に壁にひっかけておけるくらい軽いものになるかは分からないけど）。

前回で内容が大幅にかわってしまったけど、まだV-WheelとOpenRailを使う元のアイデアも悪くはないと思っている。1000mmが800mmになるのはいいけれども、1000mmが1200mmになると材料的な問題もでるんじゃないかなと、それでずっと1000mmにしていた。でもOpenRailを扱っているAliExpressのメーカーに送っておいたメールの返事が今日来た。OpenRailは、1000mm以上もあるのか？たとえば1200mmは可能か？というメール内容。返事はOKだった。最高1500mmまであるらしい。ということもあって、1200mmにしようとなった。

というわけで、もう一度800x1200mmに合わせて部品リストをつくり直そうと思う。きっとこれで決まるはず。というか決めよう。

AliExpressが出来たためにつくる環境が変わった

ここ数年、AliExpressのおかげで、いろんなものが安く買えるようになった。
今回のCNCの部品もほとんどAliExpress。
以前はAmazonができて便利になったと思ったけど、AliExpressというか中国の安さはハンパない。
AliExpressがなければ、できるだけ国内で（秋月とか千石とかで）部品を揃え、特殊なものはおそらくアメリカなどから送料も惜しまずにを購入していたと思う。Arduinoを始めたころも、Sparkfunとかけっこう利用していた。１週間以内で届くし送料も10ドル程度だったので、それほど気にならなかった。
でも、いつのまにか中国製のクローンが大量に出回るようになって、何か買うにしても、まずAmazonで相場を見て、それが外国製ならAmazon.comのほうもチェックして、あるいは一般的なものであれば楽天やYahoo、kakaku.comもチェックするという感じだったけど、最近はAliExpressもチェックするようになった。
そればかりか、Amazonで売っているものも中国製が多く、AliExpressで見ると同じ製品が同じ画像を使って似たような感じで売っている。

最近、ちょっと特殊な型番のボタン電池を買おうとしたら、国内ではあまり売っていなく、あったとしても1週間とかかかるようで、値段もけっこう高い。それをAliExpressで探すと、すぐに見つかり日本で売っている値段設定のところもあれば、かなりやすく売っているところもあった。国内では1000円、中国というかAliExpressでは80円とかだった。
同じように、電動工具の充電バッテリーを買おうとしたら、国内ではもう生産中止のため、バッテリーを入れ替えて復活させる業者にたのんで5000円とか。Ebayやヤフオクで探せるかもしれないと思ったけど、そこをスキップしてAliExpressへ。やっぱり売っていた。しかも新品で純正ではないけど2000円くらいで送料無料。届くまで3週間くらいかかったけど、なぜか北欧から届いた。トラッキング番号のサイトが北欧っぽい言語になっていたのは覚えてる。日本で新品なら9000円以上はするものが、送料無料の2000円。しかも北欧から送って来て、もとがとれるのだろうか？いちおうバッテリーは問題なく使えている。

今回もAliExpressで直動部品を探していたら、ドイツ語ぽいところが出て来た。かならずしも中国だけとは限らず、世界中にある部品をAliExpressで見ているのかもしれない。少しEbayぽい感じで、Ebay.comといってもアメリカだけではなく、世界中で商品を売りに出している。もちろん中国製のレーザーカッターキットもあり、AliExpressで売っているのと同じものが売っている。
ヤフオクもそうだけど、オークションサイトでも新品を即決価格で売りにだしているし、オークションとネットショップの差があまりなくなってきた。Amazonだって、中国製の怪しいものもたくさん売っている。
便利にはなったけど、それなりに怪しいものを見分ける目も持ち合わせていないと粗雑な商品を買ってしまい、使い物にならないとか、すぐ故障したとか充分ありえる。Amazonのようなちゃんとしたサイトから買ったから大丈夫だとは言い切れなくなった。
100均もそうだけど、いつのまにか生活のなかに、二流三流品が増えてしまったような気がする。
今日もいつ頼んだか忘れていた、Bluetoothイヤホン（ヘッドホンではなく）がやっと届いた。イヤホンなので片耳、そのまま耳につっこんで使う感じ。送料無料で安いものなので、２個買いし、ヘッドホンみたいに使えるかもしれないけど、きっとペアリングは１対１だろうから、そうはいかないはず。
という感じで、100均で無駄な買い物をするかのように、AliExpressで送料無料の商品を見るとつい買ってしまいたくなる。せいぜい数百円程度なので。もちろん日本でもそんな中国製の商品を買えるけど、２倍かそれ以上の値段がする。

X-CARVEやShapeokoは、もともとはその辺に転がっている材料をかき集めて、安く簡単につくる（DIY的に）ということなんだろうけど、こうやって専門性の高い材料や部品が中国から安く手に入るようになってしまうと、代替品を探すような工夫をせずとも、最初から専門的機材や材料を使って、素人でもすぐに始められるようになってしまった。以前は、安価で日常的なものを代替品として使うという発見/ハッキングそのものに価値があったと思う。あるいはジャンクをあさって、それを半分修理しながら改造するスキルに面白さがあったと思う。しかし、今となってはそんな工夫/ハッキング/スキルに価値を置くよりも、それで何がつくれるかという本来的な目的にやっと戻ってきたような気がする。もちろんそこには、Arduinoやgrblなどのオープンソースのソフトウェアやハードウェアがあるおかげでもある。Arduinoにおいても当初はWiringなどと並んで、どちらかというと教材用の初歩的なマイコンであったけれども、様々なサードパティが加わってくることで、より高度な使い方、スペックの向上という感じで急激に発展していった。今やこんな小さなマイコン一つでCNCマシンをつくることができるようになってしまい、さらにはそのCNCマシンで今までつくることができなかったものすらつくれるようになってしまった。つまり、このようなツールを用いて、もはやホビーユーザーとプロのエンジニアとの垣根はなしに、この先何がつくれるかというアイデアがもっと求められるようになってきたという感じ。

さて、CNCマシンについてはどうしようか？いままで検討した内容のどれかでいいとは思うけど。
とりあえずつくり始めれば、また違うアイデアが浮かんでくるかもしれない。
思い切って発注してしまおうか。少なくても、これは絶対使うというものは発注できる。しかし、今日きづいたけど、日本円とのレートが変わると微妙に値段が上下する。とは言っても、数十円くらいだけど。昨日よりは今日のほうが値段が高かった。ここ数日で安くなったら一気に発注しようかな。