レーザー加工機の製作・自作（排気浄化器１）

　こんにちは。ぽんです。

　レーザー加工機で木材の切断やアクリルを加工する際は、とんでもない量の煙や臭気を伴う排気が発生します。
　諸先輩方は加工機からダクトホースと換気扇や排気ファンを利用して屋外へ導き、大気開放している場合が多いようですが、うちは住宅街なので大気開放はヤバイです。
　そこで活性炭を使った排気浄化器を業務用を参考に作成して使用していました。
　使用した活性炭は熱帯魚水槽用で0.9kgｘ5袋で、4.5kgです。

　当初は木材の彫刻程度しかやっていなかったので、エアアシストは熱帯魚用の４L/minというものを使用して、排気浄化器の後ろにトイレファンという構成で運用していましたが、十分な浄化が出来ていました。
　しかし、シナベニア合板4mm厚とか桧板5mm厚とかを切断し始めると、エアーアシストが追い付かないため、盛大に焦げて炎が見えるほどになり消炎が不完全なことが判明しました。このため最近使用頻度が下がり押し入れの肥やしとなっていた、エアブラシ用の排出量20L/minに変更しました。

　そうすると加工中の炎は消えて切断面もよくなりましたが、今度は加工機の隙間から煙が漏れてきました。
　原因は排気不良で加工機内の気圧が高い状態になっていたことが原因でした。
　私が作った排気浄化器で使用している活性炭は水槽の浄化用なので粒子が小さいことと、浄化経路が50cm以上の長さであったため、排気抵抗が高くなり排気が追い付かなくなっていました。
　そもそも活性炭だけで煙を浄化する発想が甘く、トイレファンの800L/minという能力に安心して、十分に余裕があると思っていたのですが、実際は活性炭を0.9kgへ減少させても能力不足でした。

　このことから排気浄化器を再設計することとしました。
改良型のポイントとして、
１．フィルターにHEPAタイプを使用して徹底的に煙を無くす。
２．活性炭は0.9kgと少量とし、脱臭を主体にする。
３．HEPAフィルター前に掃除機用紙パックを使用して、粉塵の浄化を強化する。
４．コストを安くする為にトイレファンを２機直列に使用して排気能力を強化する。
５．メンテナンス性向上と加工物毎のフィルター構成を変更しやすい構造とする。
６．フィルターの替わりに食材を置けば燻製が出来る、スモーカー機能を搭載する。
７．誰でも作れるようにCADデータを公開する。

　最後のスモーカー機能はギャグではありませんよ！（笑）
　桧とか本当にいい焦げ臭がして、薫材としても使えるそうなのでいいと思いませんか？
　もちろん冷燻ですから、チーズとかいけると思うのですが。

　ということで次回、完成品を発表します。では。

レーザー加工機の製作・自作（ワーク）

　こんにちは。ぽんです。

　レーザー加工機で木材やプラスチック類を切断するとき、私は加工物裏面のレーザー乱反射が気になります。

　金網を使ってアクリルを切断した時は、アクリルと金網の接触部分が荒れました。

また、金網だと平面が出しにくく、市販のものは大抵は歪んでいて、レーザーの焦点距離が安定せず、困っていました。

　諸先輩方はL時アングルを並べたり、金網、換気用格子、ハニカムテーブルなどを使用されていますが、入手が困難だったり高価なため、別な方法を模索しましたので、その顛末を書きます。

　ハイ、これ何だか解りますか？

　１００均で売ってる生花用の剣山ですネ！

　当然、針の面は揃っていますが、厚みや並行平面は出ていません。そこで、この剣山を１枚の板に固定して、フライス盤（CNCも含む）か旋盤で削れば、並行平面な剣山が出来るという発想です。剣山の底面は亜鉛なので、アルミ並に削りやすいと思います。

　うちにはCNCも旋盤もありますが、パソコンなくても使える旋盤で今回はやることにしました。
　旋盤で削る時、１個づつ削ってはバラツキの原因になるので、反っていない木板に座金をネジ止めして、剣山をホットボンドで固定しました。
　ポイントは接着前に回転バランスが悪くならないように配置して、鉛筆などで目印を付けてから、接着することです。

三爪の旋盤なら六角ナットは固定が良好です。四爪なら寸切りボルトとか利用したほうがいいかもしれませんが、試していません。

うまくいきました！

木板から見参を剥がす時は、板上の接着剤と剣山の針部分を熱します。
　剣山の林へ炎の風を送る感じですかね？
　あんまり、一箇所ばかり熱すると亜鉛なので溶けて針が抜けますのでご注意を。

　作業後は当然、ホットボンドが針に残りますが、高さに影響なければそのままでいいと思います。

　これで作業完了ですが、うちのレーザー加工機には安全のためとマグネット固定しやすくするためにワークにトタン板を貼っています。もちろん反射防止のためにつや消し黒アルミテープも貼っています。

　なので、この剣山もマグネットシートをつけて、使っています。

　いかがだったでしょうか？
　これだとお掃除が簡単で仕上がりも悪くありませんでした。

レーザー加工機の製作・自作（コントロール基板と配線）

　こんにちは。
　やっと、「コントロール基板と配線」編です。
　我が家のレーザー加工機のコントロール基板は、ArduinoUNO+CNCシールドV3（ともに互換品）です。
　スケッチ（Arduinoのプログラム）はgrblを採用しました。
　理由は入手性が良く情報が豊富で、しかも互換品（パチモン？）がいっぱいありコストパフォーマンスが最高だからです。
　ちなみにArduinoNanoを利用するCNCシールドV4.0もありますが、基板サイズが同じで価格がやや高価になり、情報が少ないので見合わせました。

　また、CNCシールド（Arduino基板を使いやすくするゲタ？）は最新型ではないV3が激安でしたので採用しました。
　V3をgrbl0.9以上で利用する為には、注意点として通常使用するSpinEna+とSpinEna-は使わずに、End-stopZ+とEnd-stopZ-をレーザー電源のpwm入力に接続する必要があります。
あと、ノイズに弱いため特に原点センサーとか使うと、ノイズ対策が必要なようですが、ぽんの用途では使わないので付けてません。

　新型のV3.xxについては、価格が2000円以上ですが、ノイズ対策や最新のgrblに対応するなど使いやすいので、予算に余裕のある方は迷わずV3.xxがおススメです。
　なお、初めてArduinoを使用する方はトラブル防止の為に、純正品を使ったほうがいいと諸先輩方も言われていますが、ぽんは安さに釣られて互換品を買いました。

　なので互換品ゆえのトラブルや純正品と異なる事象が発生する可能性がありますが、ぽんは「動けばいいや」的な楽観主義者なので、安全性に問題ない限り気にしない方針で行きます。
　マネする人は気をつけて下さいね。モチロン自己責任でお願いしますね。

　さて、前置き長くてすみません。ハイ、配線です。（笑）

　下写真のPWM対応電源を利用したので、grbl0.9以降はK+とK-を短絡でいいと思います。単純にK+をGRD、K-を5Vでも良いかもしれませんが、何となく怖くてリレー入れています。まあ、一応はコントロール基板の電源入っていない時はレーザー発射出来ないようにしたかったのです。

　SEP/DIRはパソコンから変更できるので使わなくていいと思います。

　あと、左中段の部分はA軸用モーターをX軸、Y軸、Z軸に割り当てられるジャンパーなので、２モーターで駆動したい場合に使います。

　さて電源は４０Wですが、AC１１０V用です。

ということは、５０％出力の時に実際は４５％程度しか出ないのかもしれません。浅学なのでよく判りませんが。。。

　ArduinoUNOへgrblを書き込む方法は、諸先輩方が大変わかりやすい解説をしてくださっていますので、あえて書きませんが一つだけ苦労した点を忘備録として書きます。

　ArduinoUNOへスケッチ（プログラム）を書き込むには、Arduino IDEというソフトを利用します。その際にgrblをArduino IDEへ登録するのですが、フォルダ名に「-」が入っていると登録は出来るが、ArduinoUNOへ書き込むときに失敗します。

　具体的にはダウンロードしてきたZipファイルを解凍すると、フォルダ名「grbl-master」が作成されるので「-」は削除しておきます。

　以上で知っていることは書いたと思います。

　３Dプリンター用STLファイルは後日、ダウンロードサイトへアップしようと思います。

　あと、レーザー加工機で部品を作ることも考えていますので、出来上がったらDXFファイルとして公開しようと考えています。

　もっとレーザー加工機が普及して、情報共有が広がればと思います。

2017/10/29　追記

　木材を切断している時に気づいたんですが、切断面がギザギザになっていました。

　考えるにレーザー発振が断続的になっているような感じでした。

　諸先輩方の情報で思い当たる点として、みら太さんのレーザー電源記事でPWMは20khz以上でなければならないとのこと。

　たしかにレーザーが瞬間的にON、OFFされているような切断面でした。

　対応策としては、マーフィーさんのgrbl1.1のPWM記事で紹介されている、PWM周波数の変更方法でデフォルトの0.98khzから、62.5khzへ変更することでした。

　

レーザー加工機の製作・自作（部品編２）

　今回は使用するモーターについてです。
　Arduinoで製作するCNCや３Dプリンターではよくバイポーラタイプのステッピングモーターが使用され、うちで採用したCNCシールドもバイポーラ用です。

配線は４本でA１、A2、B1、B2とCNCシールドに記載されていますが、モーター側の説明ではA1=A+、A2=A-、B1=B+、B2=B-となります。
　このモーターの規格はNEMA17という縦横高さ40mmほどで、トルク0.42N-m、消費電流1.5Aで1050円/個の中国製です。
　ほかに大きいサイズのNEMA23、NEMA34。小さいサイズのNEMA14とかあります。
　レーザー加工機の使用用途が切断のみであれば、もっとトルクが小さい小型モーターを使ってもいいと思いますが、彫刻や紙など薄物の切断などを行うなら、最低でもトルク0.47N-m以上がいいと思われます。

 縦方向（ｘ軸）
シャフトで左右を連結して駆動。

横方向（ｙ軸）

　うちのレーザー加工機の横方向（ｙ軸）はレールが１本なので負荷が小さく最大移動速度は、5000mm/minでも脱調しませんが、縦方向（X軸）はレール２本を１個のモーターで駆動しているため負荷が大きく、3000mm/minが限界でした。
　もっと速度が必要な場合は縦方向（ｘ軸）の駆動モーターを２個にした方がいいと思います。
　ちなみに私はラスター彫刻する場合でも、2000mm/min以上とかあまり使わないので、縦方向（ｘ軸）はモーター１個でも問題ありませんでした。
　縦方向（ｘ軸）のモーターが２個だと左右の駆動がスムーズになるので、速度以外に振動や騒音が減少すると思いますから、十分にメリットはありますが、何せケチなので今回は１個としました。

　次回はいよいよコントロール基板編です。

レーザー加工機の製作・自作（部品編１）

　レーザー加工機を製作するにあたり、私が一番に優先したことは部品の価格です。
　貧乏なのに物欲が大きいく日々散財していることもありますが、部品によっては自作するよりも買った方が早い安い簡単と思っています。
　もちろん、レーザー加工機本体は私にとって買えない金額でしたので、製作することとなったのですが・・・

　さて、レーザー加工機を安価に製作するためには、入手性の良い汎用部品が必要です。
　最初にX軸とY軸を駆動するモーターとコントロール基板に何を使用するかを考えました。
　以前、PCの更新を機にCNCのコントロール基板をシリアル用からUSBタイプへ変更したいと思ったことがありましたが、当時のUSB基板が４万円以上だったので購入を断念し、代わりにシリアルーUSB変換ケーブルで対応した記憶がありましたが、今はArduinoとCNCシールドを利用すれば１０００円以下でコントロール出来ます。
　もちろん互換品です。トラブルを減らすには正規品が良いと思いますが、私はコスト重視でいってしまいました。
　まあ、CNC専用基板に比べれば機能や制御できることに多少は制限がありますが、物は使いようで特にレーザー加工機の制御なら問題は無いかなと思い採用しました。
　部品購入時はモータードライバはA4988が多く安価でした。今はdrv8825が高性能でおススメです。
　また、Arduino基板とシールドはUNOがXYZ軸のいずれかを２モーターにできるため、X軸の仕様を変更できるようにUNOを採用しました。
　X軸Y軸ともに１モーターとするなら、NANO用でも構いませんがUNOの方が安価に作れます。

Arduino UNO互換基板

 CNCシールドV3
　Arduino基板をCNCやレーザー加工機に使いやすくしてくれる基板？
　これも価格のお問題でV3をチョイス。V3.1以降の方が接続で悩まなくていいのですが、お値段が２倍以上です。

 モータードライバA4988（ステッピングモーターの駆動に必要）

　次回はモーターです。

レーザー加工機の製作・自作（計画編）

　今から遡ること６年前、CNCキットを制作したときに木材や皮革などは、レーザー加工機の方が裁断や彫刻ができて向いているのではと、漠然と考えたことからこの計画を始めました。
　元々、電気・電子・機械の教育は中学の技術家庭しか受けていない超素人にどこまで出来るのか、いや、そもそもレーザー加工機なんて素人が作れるのか？
　そんな所から出発して、技術・知識・根性などなど、色々な壁を乗り越えて何とか形になりました。
　詳しい方たちから見れば、稚拙な技術とも呼べない代物ばかりですが、モノづくりに少しでも貢献できればと、ここに記録を残します。
　なお、参考にしたりリンク張りして頂いて構いませんが、そのために発生するいかなる事象について、自己責任の意味を理解し、相互互助の精神でお願いします。もちろん、私は責任取れませんから。
　また、私は非営利で情報公開し、データ、写真、文章を利用される方はコメントしてくださると嬉しいです。

　さて、製作途中の写真は無いので、完成後のデータや写真などを公開します。
　なお、私のレーザー加工機の主要部品はマイクロファクトリー社製３Dプリンター「PRN３D」にて作成していますが、DMM等の３Dプリントサービスでも作成可能と思います。

　でっ、いきなり完成写真から。
　製作時のコンセプト？として、加工面積がA４サイズのレーザー加工機と同サイズのボディで、４倍の加工面積（A２サイズ）を加工できて、水冷装置や電源アダプター等を極力内蔵にすることを目標にしました。

なぜか、外観は家具調っぽくしました。一応、自室にマッチさせようと思って・・・
　サイズは幅８４４ミリ、奥行き５８７ミリ、高さ２５０ミリ。
　加工面積は６００ミリｘ４００ミリ。
　加工可能な材料の厚み４０ミリ以下。
　重量、約１５ｋｇ。

　はい、スケルトンです。Fusion360さまさまですね。
　赤い部品が、３Dプリントです。黒いのはAliexpressで買った中国製レーザー反射ミラーとレンズアッセンブリ。レーザー管も中国製。アルミフレームは国産のNIC社製。
　スライドレールはホムセンターで入手可能は樹脂ローラーを使用。
　これで、外装パネル以外の製作コストは７万円程度です。ちなみに外装に１万円くらいかけてしまいましたが・・・

　とりあえず、今日はここまで。
　次回は個々の部品を解説します。また、３Dプリントに必要なSTLデータや使用した部品の詳細も今後公開していきます。

買ったもの

　今回は２本立てです。
　まず、最初に金属探知機。
　購入目的：壁裏の柱の有無を調べて、棚や家具を固定するときにネジを打つ場所を探す！って感じですね。
　Wikipediaによると「電磁誘導を利用して金属の有無を探知する機器」だそうです。
　これ金属だけじゃなく、木製の柱もなぜか検知します。浅学な私にはよくわかりませんが、便利そう。

　実はAmazonなんかでも同様の製品が2000円程度で販売されていますが、ほかの物と一緒にAliexpressでポチッとしてしまいました。

今回はちゃんと緩衝材が巻かれており、ブリスターケース入りでした。電池の入っていた場所は切れ目が入っていて電池は抜かれていましたが、まあ、電池付きとは書いていなかったですからいいですけど。

　実際の感度を確認しました！
　実験対象は杉板すのこです。
　金属以外の反応を見たかったのでビスは外しましたが、ちょうど真ん中で感度MAX！
　いい買い物だったかもしれません。今後の活躍が期待できます。

　さて、もう一品です。
　Bluetoothイヤホンです。しかも、両耳用。
　最近、しったのですが、TWSっていう規格に対応している機器は、２個でも同時に音がでるんですね。
　ただ、取説が英語表記だったので、ペアリング方法を理解するのに苦労しましたので、覚書きとして残します。

　商品の写真ではニッケルメッキのような上品な外観ですが、届いたのは普通のシルバーでした。まあ、買ったとき1676円でしたので、良しとします。

　今回もクッション梱包で、収納袋まで付属。なんだか最近の中国通販は丁寧になってきた気がしますね。

ね？これ、商品の写真と質感違うでしょ！残念ですが、すぐ使いたいのでノークレームです。

　肝心のペアリング方法を記載します。
１．下準備として、TWSモードにイヤホンをします。これやらないと片方しか音出ません。まず、２個のイヤホンのボタン（これしか操作できるものはない。）を同時に長押しすると、緑色に点滅します。
２．そのまま押し続けると、緑と赤が交互に点滅します。
３．さらに押し続けると、緑と赤が同時に点滅します。見た目オレンジっぽいです。
４．さらにさらに押し続けると、片方は緑の点滅、もう片方は消灯します。ここで一旦、ボタンを離します。このとき緑に点滅した方を思えておきましょう。
５．ボタンを再度、長押しすると赤く光って電源がきれます。同時じゃなくてもいいですが、２個とも同じ作業をします。
６．いよいよ、ペアリングです。接続する機器のBluetoothをONにします。
７．４で緑の点滅になった方のイヤホンのボタンを長押しすると、緑の点滅になります。
８．さらに押し続けると、緑と赤が交互に点滅しますから、ここでボタンを離します。
９．接続する機器のBluetooth設定で接続します。
１０．接続が完了したら、イヤホンのボタン長押しで、電源を切ります。これで設定は完了です。お疲れ様でした。
１１．使用方法は接続する機器のBluetoothをONにしたあと、イヤホンのボタンを２個同時に長押しして緑色になったら、ボタンを離すと接続完了です。

　出来てしまえば簡単ですが、なかなか解らなくて苦労しましたが、音質も結構満足（普通のイヤホン並）で、自分の耳にはフィットしました。これで通勤電車でマスクを気にしないで音楽が聞けます。