Plotter e Laser com Raspberry Pi CNC Hat



Já pensou em montar um plotter laser utilizando um Raspberry Pi CNC Hat? Pois, é este projeto que vamos desenvolver hoje. Vou te apresentar uma mesa XY, que é a base desta “impressora”, a qual serve tanto para gravar quanto cortar determinados materiais, isso envolvendo todo o processo de montagem da parte mecânica.


Para nosso projeto utilizamos um laser de 15 watts. Ainda, vamos usar o GRBL, mas de uma forma diferente, pois será com o Raspberry Pi 3. E, ao invés de empregar um Arduino Uno, como geralmente ocorre, vamos usar um Hat, que é como se fosse um Shield para Raspberry, da Protoneer (Electronic Prototyping Specialists).

Demonstração

No vídeo, mostro a mesa XY como plotter, utilizando uma caneta. No entanto, se no lugar da caneta fosse um spindle, teríamos uma fresadora, ou seja, uma máquina de movimento contínuo, destinada a usinagem de materiais. Temos um circuito que toca o projeto através do Raspberry Pi e do Hat, o que significa que não precisamos de nenhum PC para controlar a máquina. A mesa foi montada com algumas peças impressas em 3D, motores de passo, guias lineares, entre outros produtos.

 

Recursos usados para construção da mesa

  • MDF 15mm com 600x556mm com recorte e furação.
  • 4 Guias cilíndricas de 10mm com 500mm de comprimento.
  • 4 suportes de guia cilíndrica SK10.
  • 6 Polias lisas GT2 para correia de 6mm.
  • 3200mm de correia GT2 6mm para o eixo Y (incluindo o excedente para amarração).
  • 1350mm de correia GT2 6mm para eixo X (incluindo o excedente para amarração).
  • 2 Polias GT2 de 20 dentes para correia de 6mm.
  • 2 Motores NEMA 17 (usamos o 42BYGHW609).
  • 1 Motor de drive CD-ROM (usamos MSDA020L94 retirado de um drive antigo).
  • 4 Rolamentos LM10UU.
  • 2 Sensores infravermelho para fim de curso X e Y.
  • 1 Caneta compatível com o suporte.
  • 1 Mola para cursor da caneta.
  • 1 Fonte 12V 10A

Recursos usados para construção da mesa (parafusos e porcas)

  • 12 Parafusos M5x25.
  • 8 Porcas M5 autotravantes (parlock).
  • 6 Parafusos 3/16”x 1 ¼” .
  • 12 porcas 3/16”x1 ¼” autotravantes (parlock) para os parafusos.
  • 16 Parafusos M3x8.
  • 2  Parafusos M3x16.
  • 6 Porcas M3 autotravantes (parlock).
  • 1 parafuso 3/16” x  ½”.
  • 5 parafusos de rosca soberba e cabeça chata  5mm de comprimento para fixação do motor.

Peças impressas usadas para construção da mesa


A - 2 Trava Correia.
B - 1 Suporte Cabo 01_A.
C - 1 Suporte Cabo 01_B.
D - 2 Suporte Cabo 01_C.
E - 1 Proteção Rasp.
F - 1 Suporte Motor.
G - 1 Pillow de Plástico (com fixação para motor).
H - 1 Pillow de Plástico (SEM fixação para motor).
I - 1 Cabeça Caneta.
J - 1 Extensor.
K - 1 Cursor.
L - 1 Cursor fixador.

Montagem da cabeça


É muito comum que as pessoas usem servo motor para este tipo de montagem, mas eu prefiro utilizar o motor de sucata, que é aquele motor de driver, que já tem um minifuso na ponta.



      1.       Colocamos os rolamentos LM10UU na (peça I). Esta será a cabeça que carregará a caneta. Os rolamentos devem entrar sob uma pressão que deverá mantê-los fixos. Foi necessário ajustar um pouco os furos usando uma lima redonda, devido às variações de impressão. 





      2.       Prendemos o suporte do motor que utilizamos como eixo Z. Usamos cinco parafusos soberbos de 5mm de comprimento diretamente no plástico.







      3.       Prendemos o motor no suporte, tomando o cuidado de colocar o cursor (peça K) antes de prendê-lo. 








      4.       O cursor possui um entalhe para a introdução de uma lâmina que fará seu acoplamento com o fuso do motor. Utilizamos uma lâmina plástica e a colamos. Caso se danifique, poderá ser substituída por outra.








      5.       Utilizando a caneta adequada ao furo, colocamos a mola e o cursor – fixador (peça L).








            6.       Usamos um parafuso M3 para fixar a caneta na posição.











      7.       Por fim montamos o sensor infravermelho que servirá como chave de fim de curso do eixo X.










       8.       Usamos o extensor, (peça J), para limitar ainda mais a ponta da caneta. O extensor foi colado.









         9.       A cabeça ficou assim.








Montagem do pillow de plástico com suporte de motor





       1.       O pillow de plástico com suporte para motor é a peça G. Começamos introduzindo o rolamento LM10UU. Ele deve entrar com uma leve pressão. Ajustes foram necessários devido às variações da impressão. 




     2.       Em seguida, prendemos o motor e o suporte de cabo, (peça D). Usamos parafusos M3. 






      3.       Prendemos também a polia dentada. 






       4.       O resultado final deve ser este. 





Montagem do pillow de plástico SEM suporte de motor






     1.       Como anteriormente, introduzimos o rolamento. 










      2.       Em seguida, o parafuso 3/16”x 1 ¼” para servir de eixo para a polia lisa. Para prendê-la, usamos as porcas autotravantes. Note na inversão da porca superior. 







           3.       E obtemos o segundo pillow. 








      4.       Conectamos as guias do eixo X, mas sem nenhum ajuste. O posicionamento correto deve ser feito ao montar o conjunto no eixo Y. 




Montando o eixo Y

Temos aqui o frame.




      1.       Começamos com o motor do eixo Y. Prendemos a polia dentada na posição indicada, mantendo uma distância até o motor de 1,6mm, aproximadamente. Atenção para a posição do motor e da polia dentada.











      2.       Em seguida, prendemos o motor no suporte do motor do eixo Y (peça F), usando parafusos M3 como indicado. 













       3.       Prendemos o suporte à base através de parafusos M5, diretamente parafusados ao plástico do suporte. 








       4.       O passo seguinte foi prender todos os suportes de guias, SK10, seguindo a furação da base. 














       5.       Para formar o eixo das polias lisas, usamos a mesma montagem aplicada no pillow sem motor. Usando parafusos de 3/16” x 1 ¼” com duas porcas autotravantes. Repetimos o processo para cada furo marcado na base.











       6.       Por fim, prendemos o sensor infravermelho que servirá como chave de fim de curso para o eixo Y... Existem furos extras para a possibilidade de incluir chaves de fim de curso para as posições máximas.






       7.       ... e o suporte de cabos (peça D). 





Montando o conjunto

Com todos os eixos montados, pudemos juntá-los. Neste momento, as guias do eixo X devem ser ajustadas para que o conjunto funcione corretamente.

Passando as correias

Esta parte do processo é um pouco trabalhosa porque além de fixar a correia temos também que mantê-la tensionada. Outro detalhe importante é que devemos nos atentar para qual lado da correia deve ser fixado.


A cabeça e os pillows possuem um entalhe na parte inferior onde um lado da correia deve passar livremente e o outro deve sofrer um desvio.
No caso dos pillows os lados que sofrerem desvios devem ser sempre equivalentes em direção.



Usamos as travas de correias (peça A) para travar as pontas das correias. É interessante torcer o lado mais longo da correia para que os dentes se encaixem dentro da trava evitando assim o escorregamento.  A trava pode ser apertada usando dois parafusos M3 e porcas autotravantes.


O sistema de correias deve ficar assim:

Último suporte de cabos

Instalamos o último suporte de cabos sobre a cabeça. Usamos um parafuso 3/16” para prendê-lo. 

Concluindo a montagem

Incluímos agora a proteção para o Raspberry Pi, que servirá para sua proteção, concluindo, então, a montagem.





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3 comentários:

  1. Boa noite Fernando, vc deve ser muito feliz, pois tem enorme conhecimento e gosta de passar pra frente. Parabéns... Vou acompanhar este projeto da cnc, pois estou querendo fazer umas PCBs em pequenas escalas, porém com um q de profissional. Meu medo é com relação a precisao, principalmente com uma placa mais elaborada. Se não for te pedir muito séria legal, com toda a sua experiência, fazer um vídeo ou incluir este assunto nesta empreitada, tipo qual motor daria mais precisão, fresa, etc...

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  2. boa tarde é um excelente programa. gosto muito de arduino.

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  3. encontrei o Protoneer aqui www.zyltech.com/genuine-protoneer-raspberry-pi-cnc-hat-v2-58/
    No ebay não está enviando ao Brasil sai $56 total 36 +taxa+ envio

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