Taglio laser di un recinto per il confronto con la stampa 3D e la fresatura - 💡 Fix My Ideas

Taglio laser di un recinto per il confronto con la stampa 3D e la fresatura

Taglio laser di un recinto per il confronto con la stampa 3D e la fresatura


Autore: Ethan Holmes, 2019

C'è sempre un passo successivo, una nuova opportunità per imparare. Per me, questa è la parte migliore di essere un creatore. Avrei voluto arrivare alla velocità su 3 moderne tecnologie di fabbricazione, una stampante 3D a filamento, una stampante 3D SLA in resina e un router CNC. Ho avuto accesso a questi dispositivi presso la Columbus Idea Foundry, uno spazio di produzione locale. Ciò ha portato al mio articolo, pubblicato su Make: a gennaio. Volevo capire i punti di forza e di debolezza di ciascuna di queste tecnologie e, in quanto principiante con tutte queste tecnologie, era l'occasione perfetta per confrontarmi.

Il mio progetto di confronto è stato quello di creare un recinto per "Camera Axe", un controller per fotocamera per fotografia ad alta velocità sviluppato da un altro produttore, Maurice Ribble. Avevo costruito la tavola da un kit. Anche se ha funzionato perfettamente senza un recinto, è sembrato sbagliato usarlo "nudo". Ma questa era una sfida, la tavola non era progettata con un recinto a metà. I circuiti integrati e i condensatori erano più alti sulla scheda rispetto agli interruttori utilizzati per controllarlo e il display LCD. Non è un compito facile

I miei colleghi dell'Idea Foundry erano entusiasti dell'articolo ma si sono chiesti perché mi ero fermato a 3 tecnologie di fabbricazione. Che ne pensate del nostro Trotec Speedy 400 Laser cutter / incisore, si chiedevano. E così iniziò il 4 ° round. Non avevo mai usato un laser cutter.

(Re) Design

Rispetto ad approcci additivi come stampanti 3d e tecniche sottrattive come i router CNC, lavorare con Laser Cutters è un gioco completamente diverso. Si potrebbe chiamare "assemblativo" questo modello di fabbricazione. I tagliatori laser non possono creare cavità, quindi creare un recinto richiede il taglio di un assortimento di parti e il loro assemblaggio. Ma mentre guardavo i progetti di recinzioni tagliate al laser sul web, ero infastidito dal loro aspetto. Alcuni sembravano panini andati male, con l'altezza della custodia fornita da molti strati sovrapposti di acrilico. Altri sembravano più come un puzzle con i lati e la parte superiore fatta di parti interconnesse. Volevo produrre un involucro con un aspetto più professionale. Come prima volevo anche creare il contenitore usando un solo strumento, in questo caso il laser cutter e limitandomi agli elementi di fissaggio come add-on. Ho scelto il foglio acrilico come materiale, sia perché è relativamente facile da tagliare sia perché avevo una fonte di scarti poco costosi presso un distributore locale.

L'aereo è il dolore

Avendo lavorato nel mondo del vero 3d, ripensare il design come un insieme di superfici planari sembrava molto restrittivo. Come accennato in precedenza, questo involucro doveva contenere una gamma di urti e rientranze. Cosa avrei dovuto rinunciare? In un certo senso, il passo avanti sembrava semplice. Basta usare Fusion 360, il mio software CAD 3D di scelta, eliminare gli smussi su superfici orizzontali e tagliare l'involucro in piani. Avrei quindi tagliato ogni piano sul laser cutter. Una cima, un fondo e 4 lati.

Ma lo spessore è infinitamente variabile in una stampa 3d. La lastra acrilica è disponibile in spessori definiti, 1/16 ", 1/8", ecc. Il mio design originale aveva rientranze nella parte superiore per rendere i pulsanti accessibili e rientranze nella parte inferiore della parte superiore per accogliere le parti che sporgevano sopra l'altezza dell'alto pulsanti. Poiché il laser cutter non è in grado di creare rientranze in una superficie, ciascuno di questi livelli richiederebbe il proprio pezzo di acrilico. Ma poi anche la variazione in altezza non era necessariamente 1/16 "o 1/8". Ciò avrebbe richiesto una buona dose di sperimentazione, sia nello strumento CAD che con parti di prototipi reali. Dopo un paio di iterazioni il mio design è arrivato ad assomigliare a questo:

Da Fusion 360 a Corel

Prendere parte dal design CAD alla produzione con una stampante 3D o un router CNC è un processo in due fasi. Ad esempio, con la stampante TAZ Lulzbot, il disegno viene esportato da CAD e importato in Cura dove viene preparato e quindi inviato alla stampante. Passare da un progetto CAD all'utilizzo del prodotto finale con il sistema laser Trotec è un processo in 3 fasi.

  1. Esportare il disegno dallo strumento CAD
  2. Importa il disegno in un programma di grafica vettoriale in cui vengono assegnati colori specifici per definire le aree da incidere o tagliare
  3. Stampa il file dal programma di grafica vettoriale che attiva il caricamento del software di Controllo lavoro. In tale strumento, posizionare il laser, posizionare la parte, definire la velocità e la potenza del laser per ciascuna area del progetto e quindi avviare il lavoro.

In tale impostazione di velocità e potenza del laser, il taglio laser condivide un'altra caratteristica comune con il routing CNC. Nel mondo del CNC, "feed e velocità" sono un po 'una forma d'arte. Quale materiale viene instradato? Quanto velocemente dovrebbe girare il bit? Quanti pollici / secondo dovrebbe muoversi il router? Quanto dovrebbe essere profondo ogni passaggio? Le impostazioni per il laser cutter sono simili. Che materiale stiamo tagliando o incidendo? Quanto dovrebbe essere veloce il laser attraverso il materiale? Quale percentuale di piena potenza dovrebbe essere utilizzata? E a quale frequenza dovrebbero colpire il materiale gli impulsi laser? Come con il software di controllo del router CNC, il software Trotec Job Control incorpora le impostazioni per una vasta gamma di materiali. È ancora necessaria la sperimentazione.

Il laser Trotec utilizza un editor di grafica vettoriale come strumento di progettazione. Avevo una copia di Corel Draw, quindi questo era il mio strumento di scelta. Ma come ottenere un disegno da Fusion 360 e in Corel. Corel accetta i disegni CAD in formato DXF (solo la versione pro, non la versione Home). Ma per la vita di me, non sono riuscito a trovare un modo per esportare un DXF da Fusion 360. Dopo troppe ore sprecate ho appreso che è necessario disattivare "Capture Design History" per esportare un file DXF da uno schizzo . Questo non ha senso per me ed è un forte mal di testa. Una volta disattivata la cronologia per eseguire l'esportazione, è possibile riattivarla ma la cronologia di progettazione precedente è stata persa. Brutto!

Imparare i limiti

La sezione centrale del mio disegno (tra i due strati superiori e il fondo) era alta circa 1 pollice. Il mio primo pensiero è stato quello di tagliarlo da un blocco di acrilico da 1 pollice. Mi è sembrata una buona idea, ma ho avuto due problemi. In primo luogo, le pareti sui lati devono essere abbastanza sottili da consentire di inserire estremità dei cavi da 3,5 mm nei jack della scheda. Ero preoccupato che quelle pareti sottili si deformassero sotto il calore del laser. Quindi, ho diviso quel livello del design in 4 componenti, due endcaps e due pareti laterali.

Volevo ancora creare i coperchi con acrilico da 1 pollice. Ho ordinato un quadrato da 12 pollici di acrilico da 1 pollice online, ma una volta che ho provato a tagliarlo, ho riscontrato il secondo problema. Trotec Speedy 400 è un potente laser cutter / incisore con un laser da 120W. Ma quello non era compatibile con l'acrilico da 1 pollice. Sono stato in grado di tagliare il pezzo, ma solo lentamente e il risultato è stato triste. I fori iniziarono piccoli ma aumentarono di diametro mentre il laser si faceva più profondo. I lati del taglio erano fortemente deformati. Alla fine ho diviso in due parti ciascuna estremità in senso orizzontale e le ho tagliate da ½ "acrilico. Ho ancora finito con un sandwich ma non uno stack di 10 strati.

Sorprendentemente, mentre le sezioni della testata del mezzo pollice hanno mantenuto la loro forma, hanno perso un po 'di altezza, forse 1/16 di pollice. Alla fine, ho usato alcuni distacchi più corti per montare la tavola e questo mi ha salvato dal problema dell'altezza.

Registrazione

Se osservi attentamente il mio disegno, vedrai che il cappuccio posteriore ha un'apertura per un cavo di alimentazione. Per creare questo, avrei bisogno di ruotare uno dei miei endcaps su un lato e tagliare un'apertura a forma di U. Questo ha portato la sua sfida. Una volta estratta la parte dal laser, come avrei proceduto a posizionarla con precisione per questo taglio laterale. Dopo diversi tentativi falliti, mi sono imbattuto nella soluzione in uno di quei momenti insonni a tarda notte. Ho creato uno schizzo rapido del lato del capote con l'apertura a forma di U:

Ho quindi collocato un pezzo di acrilico da ¼ "pollici nell'angolo in alto a sinistra di Trotec, un luogo che potrei riprodurre. Successivamente ho posizionato il laser per avviare il taglio e impostare un "marker" utilizzando il software Trotec Job Control.Questo mi ha dato una posizione laser che potrei anche replicare. Questo focus sulla replica della posizione del laser e della parte è fondamentale perché ogni volta che apri Trotec, il laser torna a "casa".

Con questo sistema, ho inciso per la prima volta il mio disegno sulla lastra acrilica di Trotec. Dopo che l'incisione è stata completata, ho posizionato il mio acrilico sulla parte per verificare che il foro per il cavo fosse posizionato correttamente. Ho quindi restituito il foglio inciso al laser cutter e questa volta ho tagliato il perimetro della forma. Una volta che il perimetro è stato tagliato, ho rimosso lo spazio vuoto e lo ho sostituito con il mio vero cappuccio. Infine, ho regolato le impostazioni del controllo lavoro per ignorare il perimetro, ma ho tagliato il foro. Il risultato è stato un foro perfettamente posizionato attraverso il lato del cappuccio.

Viti di posizionamento

Dato che stavo usando le viti per assemblare il recinto, avevo bisogno di tagliare fori precisi. Quello risultò essere senza sforzo. Ma ero infastidito dall'idea che le mie teste delle viti (o i dadi che tengono le viti) sporgessero dal fondo del case. Non volevo che grattasse un piano di lavoro. Ciò ha portato a un po 'più di sperimentazione. Sono stato in grado di regolare le impostazioni per incidere molto profondamente nell'acrilico 1/8 "per la base. Ma incidendo a metà strada attraverso l'acrilico ho potuto creare fori svasati che ben tenevano i dadi 2-56. Problema risolto!

La gioia dell'etichettatura

Se c'era una limitazione che trovavo irritante nella mia esperienza nella creazione di questo recinto con stampanti 3d e router CNC, era la mancanza di un buon modo per fornire etichette per gli interruttori e le porte sul circuito stampato. Avevo stampato la versione del filamento della custodia in blu e creando etichette per decalcomanie con uno sfondo blu e scritte bianche trasformate in un vero mal di testa. Avevo dovuto usare il colore corrispondente allo sfondo dell'etichetta con la plastica, lasciando le lettere in bianco. Ha funzionato, ma il risultato non è stato molto professionale. Imparando da quell'esperienza, ho creato la mia custodia stampata in resina in bianco. In questo modo potrei usare le decalcomanie tradizionali con caratteri neri. Ma anche qui il risultato è stato meno che professionale. Le decalcomanie erano difficili da allineare con precisione sul caso. Per quanto riguarda la versione con routing CNC in ciliegio, ho appena rinunciato. Nulla di ciò che potevo pensare mi avrebbe permesso di creare etichette di bell'aspetto su quella superficie. Al contrario, creare etichette con l'incisore laser è un gioco da ragazzi. Corel (o il tuo editor di grafica vettoriale preferito) è abile nel lavorare e nel posizionare il testo. Ho modificato il disegno per il mio "coperchio inferiore" per aggiungere le etichette e stampato su acrilico nero.

Mentre la carta per mascheratura sull'acrilico era ancora sul posto come una maschera, ho poi riempito le lettere con vernice bianca. Infine, ho tagliato il coperchio superiore in acrilico trasparente per proteggere il lettering.

Quindi eccolo qui: la custodia Camera Ax in acrilico tagliato al laser.

conclusioni

Se le stampanti a filamento e resina / SLA dei miei esperimenti precedenti sono 3D e un router CNC è 2.5D, un cutter / incisore laser è decisamente 2D. In un modo questo è un vantaggio. Le parti che escono dal laser hanno un aspetto finito. Di certo non mi sono perso il tempo che ho dedicato a levigare le versioni in plastica e legno del recinto. Ma più che con le altre tecnologie, mi sono ritrovato a combattere con le restrizioni planari dei materiali in fogli.

Sorprendentemente, l'altro lato negativo della taglierina laser è nella scelta dei materiali. Mentre uno può incidere molti materiali tra cui vetro, pietra e alcuni metalli, i materiali da taglio sono molto più limitati. Legno e fogli di plastica sono i materiali più comuni per il taglio laser. Altri come carta, stoffa, pelle, ecc. Possono essere facilmente tagliati, ma questi materiali morbidi non sono adatti alla produzione di oggetti duri. E anche con un potente laser come Trotec Speedy 400, come ho scoperto potrebbe non essere possibile tagliare più a fondo di mezzo quarto o tre di pollice. Naturalmente sul web ho visto taglierine laser tagliare l'acciaio da tre quarti. Ma quelli corrono alle centinaia di migliaia di dollari.

D'altra parte, il laser vince a mani basse per la velocità. Anche se stavo usando un mix di 1/16 ", 1/18" e ½ "acrilico, il tempo reale da quando ho iniziato il lavoro a quando la parte era completa è stato misurato in minuti, a volte secondi. Le stampanti e i router 3d hanno impiegato ore per fare la stessa cosa. Un altro modo per pensarci: una volta che il progetto è stato finalizzato, le stampanti 3D necessarie tra 12 e 18 ore in gran parte incustodite per produrre le due metà del recinto. Il router CNC ha impiegato 6-7 ore per fare la stessa cosa. Al contrario, ho potuto produrre le 7 parti del mio involucro laser in meno di un'ora. La levigatura e il montaggio della stampante a filamenti hanno richiesto circa 3 ore, in gran parte per la levigatura. Per la stampante SLA, era un'attività di 1 ora. Il montaggio delle parti multiple del case in acrilico richiede circa 15 minuti. Laser Cutting / Engraving vince quella battaglia facilmente.

Nonostante le limitazioni sopra menzionate, ho trovato il taglio laser un'esperienza molto soddisfacente. La macchina si è sentita eccezionalmente ben progettata con un software ben sviluppato per facilità d'uso, anche per gli utenti occasionali. Questa non è certamente una descrizione che userei per le stampanti 3D. Si sentono tutti molto meno lucidi e ruvidi intorno ai bordi. Delle tecnologie che ho provato (finora), il taglio laser è la prima che consiglierei a qualcuno che non ha la pazienza e la determinazione di un determinato produttore.

Ho terminato l'ultimo articolo con una tabella che elenca le caratteristiche delle stampanti 3D e del router CNC ShopBot. Ecco un'altra colonna per quella tabella:

Trotec Speedy 400
Tecnologia Laser CO2 da 120W
Opzioni materiali e limiti ***
Tipi di materiali Solo materiali in fogli.

Per tagliare, legno, plastica, pelle, carta

Per l'incisione, oltre a vetro e metallo

Limitazione del design - spessore della parete Lo spessore delle pareti è in gran parte limitato dalla resistenza del materiale. 1/16 "è praticabile.
Limitazione del design - sporgenza senza supporto (gradi dal livello) Nessuna sporgenza possibile
Limitazione del design - lunghezza della campata del ponte Nessun collegamento possibile
Diametro del foro minimo Ho avuto successo fino a 2 mm. Sono sicuro che in materiali relativamente sottili questo potrebbe essere 1mm o meno
Pre-processore componente ****
Nome dell'applicazione Corel Draw o un altro programma di grafica vettoriale. Quindi Trotec Job Control

Facilità di apprendimento Corel è complesso ma i tutorial sono prontamente disponibili sul web. Controllo lavoro fornisce i profili per i tipi di materiale.

Facilità d'uso
  1. Carica il disegno in Corel
  2. Regola i colori per tagliare / incidere
  3. Invia alla stampante
  4. Seleziona i parametri del materiale appropriati
  5. Stampare
Funzionamento del laser cutter ****
Facilità d'uso
Velocità per produrre componenti 10 minuti per produrre un singolo componente
Pulizia post-stampa Molto poco. Basta rimuovere i materiali, pulire la lente e il letto.
Pulizia dell'area di lavoro post-lavoro Relativamente facile. Pulisca la base della stampa con alcool e prepari per la prossima stampa.
Cambiando materiali Basta sollevare il vecchio materiale, inserire nuovo materiale, rimettere a fuoco
Qualità del componente ****
Precisione dimensionale incompiuta Eccezionale, in particolare in magazzino ¼ "o meno.
Precisione dimensionale finita Piccola rifinitura necessaria
Opzioni di finitura aggiuntive Per foglio acrilico, nessuno. Per altri materiali, rifinire in base al materiale (legno per la verniciatura, ad esempio).
Sforzo per finire Pochissimo tempo necessario
Forza componente ***
Struttura del materiale L'acrilico tagliato al laser è flessibile e con spessori superiori a 1/16 ", relativamente forti. Acrilico e altri fogli di plastica possono essere graffiati molto facilmente tuttavia.
Resistenza alla trazione Varia con il materiale tagliato ma i materiali in fogli diversi dal metallo non sono molto forti
Compressione Ancora una volta, la resistenza alla compressione è influenzata dallo spessore e dalla forza dei singoli strati.
Torsione Gli strati non sono legati tra loro (come con una stampante 3D. Poca resistenza alla torsione.
Opzioni di fissaggio ****
viti I materiali sottili come la lastra acrilica possono essere collegati con viti, idealmente con testine di grandi dimensioni quando il carico è presente. I fori introducono debolezza nel componente. La perforazione è alquanto complicata senza bit appropriati. Il taglio laser dei fori è preferito.

Poiché la maggior parte del taglio del legno nelle frese laser è relativamente sottile, le stesse linee guida sono appropriate per l'uso di viti con legno tagliato.

colle Colla appropriata per il materiale (plastica o legno) in questione. Per le lastre acriliche, utilizzare solvente acrilico anche se non riempie gli spazi vuoti. Solvente acrilico facilmente marcare foglio acrilico.



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