Nhận thấy được vấn đề nhỏ nhoi nhưng mang ý nghĩa quan trọng trong quá trình sản xuất và học tập, đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy khắc laser 2D mini phục vụ tuyển sinh“ sẽ thúc
GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, ngành công nghiệp gia công chính xác đã đạt được nhiều thành tựu với sự xuất của nhiều máy móc hiện đại có khả năng xử lý các bộ phận phức tạp với độ chính xác cao, nâng cao năng suất lao động
Máy móc ngày càng hiện đại hơn, thì chi phí càng cao Đó là lý do tại sao rất nhiều kỹ sư đã tự tìm hiểu và chế tạo các máy nhỏ hơn, chi phí thấp hơn nhưng đủ để đáp ứng các nhu cầu của đời sống từ sản xuất đến giảng dạy và học tập
Trên thế giới và cả Việt Nam ngày nay, nhiều người đã và đang tham gia vào quá trình chế tạo ra các máy ứng dụng hệ thống CNC cỡ nhỏ phục vụ cho việc sử dụng trong gia đình, xưởng nhỏ để gia công các chi tiết từ đơn giản đến phức tạp với chi phí thấp Nhận thấy được vấn đề nhỏ nhoi nhưng mang ý nghĩa quan trọng trong quá trình sản xuất và học tập, đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy khắc laser
2D mini phục vụ tuyển sinh“ sẽ thúc đẩy sự sáng tạo và khả năng sử dụng kiến thức của sinh viên trong việc đề xuất các giải pháp mới khi thiết kế máy và thiết kế, lập trình gia công chi tiết Việc thiết kế máy máy khắc laser 2D đòi hỏi sinh viên phải có kiến thức tổng quan về cơ khí, điện tử và tin học Nó phù hợp với hướng nghiên cứu chung của xã hội vì cải thiện nhu cầu cuộc sống Vì vậy, hướng nghiên cứu này không chỉ có lợi cho việc tích cực tìm tòi, nghiên cứu, từng bước làm chủ kiến thức về lĩnh vực này trong tương lai Máy khắc laser 2D mà nhóm đã hoàn thành giúp nhóm nắm vững những kiến thức, kinh nghiệm và kỹ năng cơ bản nhất về mọi mặt Sản phẩm hoàn chỉnh có thể được sử dụng cho học tập, khắc các chi tiết có kích thước vừa phải.
Mục tiêu
Các mục tiêu cần đạt được khi nghiên cứu, thiết kế và kết nối máy
Vận hành đơn giản, không mất quá nhiều thời gian điều chỉnh
Nhỏ gọn, dễ di chuyển
Thuận tiện khắc các chi tiết có kích thước khác nhau
Bảo đảm an toàn cho người sử dụng
Lập trình điều khiển trên máy tính
Sản phẩm có thể phục vụ cho công tác giảng dạy và nghiên cứu.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Máy khắc laser 2D sử dụng đầu diode
- Phần mềm thiết kế Creo Parametric 8.0
- Phần mềm thiết kế và xuất bản vẽ Inventor Professional 2022
- Động cơ Servo, motor giảm tốc
- Các phần mềm điều khiển: GRBL, BENBOX, LIGHTBURN
Nghiên cứu và chế tạo hoàn chỉnh máy khắc laser 2 trục có trục nâng Z Đảm bảo các yêu cầu đặt ra dưới đây:
- Vùng khắc khả dụng: 297 x 210 mm
- Thời gian thực hiện: 3 tháng
- Tốc độ nâng trục Z: 5,3`mm/s
Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Tìm hiểu về máy laser có sẵn trên thị trường
Nội dung 2: Nghiên cứu phương án thiết kế cơ khí
Nội dung 3: Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu nhất
Nội dung 4: Thiết kế khung máy và hệ thống điện phù hợp
Nội dung 5: Gia công, lắp ráp khung máy và kết nối thiết bị điện vào bộ điều khiển
Nội dung 6: Kiểm tra độ tương thích của động cơ với bộ điều khiển
Nội dung 7: Giới thiệu các chức năng của bộ điều khiển
Nội dung 8: Hoàn thiện mô hình và hướng dẫn vận hành máy
Nội dung 9: Đánh giá kết quả.
Phương pháp ngiên cứu
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận
Dựa trên kiến thức hiện có của máy khắc laser Sau đó tiến hành tổng hợp, đánh giá các giải pháp đặt ra: trường hợp nào là tối ưu hoặc không tối ưu
1.5.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể
Khảo sát thực tế và xây dựng mô hình và thực nghiệm: sản xuất mô hình máy khắc laser 2 trục, vận hành thử, gia công sản phẩm.
Các nghiên cứu trong và ngoài nước
1.6.1 Các nghiên cứu trong nước Ý tưởng sử dụng lệnh bộ nhớ để điều khiển máy trong máy công cụ CNC xuất hiện từ đầu thế kỷ XIV Ngày nay, máy công cụ CNC (máy tính điều khiển số - trung tâm CNC có sự trợ giúp của máy tính) ngày càng trở nên hoàn hảo và những tính năng vượt trội của chúng đã thúc đẩy sự phát triển của máy công cụ dựa trên hệ thống CNC Tia laser đầu tiên được Maiman phát minh vào tháng 5 năm 1960 Đó là laser ruby (trạng thái rắn) Sau đó nhiều loại laser khác đã ra đời như laser uranium, laser khí helium-neon, laser bán dẫn, laser khí CO2 và Nd: YAG, laser hóa, laser khí kim loại,… Có nhiều loại máy khắc phổi biến với nhiều công suất khắc lớn nhỏ và kiểu dáng phù hợp với mục đích sử dụng
Hình 1.1: Máy khắc laser CO2
Hình 1.2: Máy khắc laser Fiber
Hình 1.3: Máy khắc laser diode
1.6.2 Các nghiên cứu ngoài nước
Hiện nay ở Việt Nam công nghệ khắc laser đang rất phát triển Nhiều hệ máy laser phục vụ sản xuất nhỏ dần ra đời Một số trường đại học, cao đẳng đã tập trung sản xuất các mô hình máy khắc laser phục vụ giảng dạy như mô hình máy khắc laser
CO2 của Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, máy khắc laser diode của Đại học Giao Thông Vận Tải TP.HCM…
Tuy nhiên, các máy khắc laser tự chế ở Việt Nam thường ít được sử dụng vào mục đích tiếp cận với các bạn học sinh có đam mê và thích thú với công nghệ CNC nói chung và laser nói riêng mà chủ yếu dùng để phục vụ việc giảng dạy học tập của các giảng viên và sinh viên tại các trường đại học và sản xuất trong công nghiệp.
TỔNG QUAN VỀ MÁY KHẮC LASER HIỆN NAY
Lịch sử phát triển của máy cắt khắc laser và nguồn tia laser
2.1.1 Lịch sử ra đời và phát triển của tia laser
Tia laser được phát hiện lần đầu tiên bởi nhà vật lý Theodore Maiman trong một thí nghiệm tình cờ tại Hughes Laboratory ở Malibu, California vào những năm 1960 Sau phát hiện này, các nhà khoa học đã nghiên cứu sâu hơn và phát hiện ra nhiều lợi ích to lớn khi tận dụng nguồn tia laser này Một trong những cuộc nghiên cứu tiêu biểu là sự phát triển của laser bán dẫn đầu tiên bởi Robert N Hall vào năm 1962 Thiết bị của Hall xây dựng trên hệ thống vật liệu gali-asen và tạo ra tia có bước sóng 850nm, gần vùng quang phổ tia hồng ngoại Năm 1970, Zhores Ivanovich Alferov của Liên Xô cùng Hayashi và Panish của phòng thí nghiệm Bell đã độc lập phát triển thành công điốt laser hoạt động liên tục trong nhiệt độ phòng Từ đó, tia laser đã trở thành một công cụ tuyệt vời trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất cơ khí, nghệ thuật cho đến y học
2.1.2 Lịch sử ra đời và phát triển của máy cắt khắc laser
Năm 1965, Trung tâm Nghiên cứu Western Electric Engineering sản xuất thành công máy cắt laser đầu tiên và được sử dụng để khoét lỗ trên kim cương Hai năm sau, người Anh bắt đầu có những thành tựu đầu tiên trong việc cắt kim loại bằng tia laser bằng cách sử dụng hỗ trợ khí oxy Năm 1970, công nghệ này bắt đầu được đưa vào sản xuất để cắt titan cho các ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ Sau đó, thay vì sử dụng oxy, người ta bắt đầu kết hợp thành công tia laser với sự bổ trợ của khí CO2 và từ đó máy cắt laser CO2 ra đời Máy cắt CO2 được sử dụng để cắt phi kim, vải da, nhưng không thể đốt cháy kim loại Từ đó, với những thí nghiệm mới và nhiều sự kết hợp khác nhau, các nhà khoa học đã phát minh ra nhiều loại máy cắt laser hơn, có áp lực cao hơn và cắt nhanh gọn hơn so với những chiếc máy laser đời cũ Ưu điểm lớn của máy cắt laser so với các công nghệ cơ khí khác là công cụ kẹp phôi dễ dàng hơn và giảm ảnh hưởng đến phôi Độ chính xác hoàn hảo và tia không bị mòn trong quá trình cắt Máy cắt laser hiện đại giúp giảm cong vênh của vật liệu khi cắt và các hệ thống laser có một vùng nhiệt bị ảnh hưởng nhỏ Với kim loại, kim cương và một số vật liệu khác rất khó hoặc không thể cắt được bằng các công cụ truyền thống, đó là lúc máy cắt tia laser chất lượng cao phát huy hết sức mạnh của nó.
Các loại máy cắt khắc laser
Hiện nay trên thị trường có nhiều loại máy khác laser được ứng dụng chủ yếu từ 3 nguồn laser là CO2 laser, YAG laser và Fiber laser
- CO2 laser là một trong những dòng máy gia công vật liệu cơ khí cao cấp, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp sản xuất và gia công Khác với những phương pháp cắt truyền thống, máy cắt laser CO2 hoạt động bằng cách tạo ra một tia laser được tập trung và tập trung năng lượng để cắt hoặc khắc các vật liệu
- Fiber laser là loại máy chuyên dùng để khắc trên kim loại nhờ nguồn phát tia laser được truyền đi thông qua các sợi cáp quang (hay còn gọi là tia laser fiber), những tia laser fiber này hội tụ lại thành một điểm thông qua thấu kính với bước sóng khoảng 1,064 micromet có khả năng tạo ra đường kính tiêu cự vô cùng nhỏ, mật độ xử lí gấp khoảng 100 lần so với các dòng máy khắc laser CO2 với cùng công suất Chính vì thế, nó có khả năng khắc hoàn hảo trên các chất liệu kim loại khác nhau Tia laser fiber được phát minh ra vào năm 1961 bởi nhà vật lý Elias Snitzer và được mang ra trình diễn lần đầu tiên trước công chúng vào năm 1963
- YAG laser là dạng laser trạng thái rắn và được khắc trên vật liệu bằng cách bơm laser trực tiếp từ diot, thường được dùng trong nguồn laser YAG và Nd Bước sóng của loại máy cắt này giống như dòng laser Fiber phù hợp để ứng dụng khắc ký mã hiệu trên chất liệu kim loại và nhựa YAG là công nghệ laser mới chuyên dùng để cắt và khắc kim loại , đặc biệt là những vật liệu khó gia công theo các phương pháp truyền thống, ví dụ như các vật liệu siêu cứng hoặc những vật liệu cực mỏng hoặc những chi tiết yêu cầu có độ tinh xảo cao YAG là sự kết hợp tuyệt vời của công nghệ Laser với bộ điều khiển cnc và hệ thống quang học.
Các phương pháp khắc Laser
Engraving/ Marking là các chức năng khắc tiêu biểu hàng đầu của chiếc máy khắc laser và đem lại hiệu quả khắc tuyệt vời cho mọi quy trình xử lý công nghiệp Hai phương pháp trên hoạt động nhờ vào quá trình xử lý giống nhau đó là cắt đốt bằng tia laser gây ra sự nóng chảy hoặc bay hơi trên vật liệu tạo ra vết khắc có độ nông sâu khác nhau Thông thường, phương pháp Engraving có độ khắc sâu hơn Marking, nhưng Marking vẫn là phương pháp được ứng dụng rộng rãi hơn cả và ứng dụng phần lớn trong các ngành công nghiệp đặc biệt là quy trình khắc chống giả do có chức năng kháng mòn cao
Laser Annealing là phương pháp khắc và nấu chảy vật liệu bằng tia laser dưới tác động của nhiệt độ và oxy, tạo ra các bản khắc có độ bền cao, khó tẩy xóa và có thể tạo ra các vật liệu khắc màu (chủ yếu là màu đen) trên bề mặt Phương pháp trên phù hợp với nhiều vật liệu kim loại nhưng phổ biến và hiệu quả hơn so với thép không gỉ Đây là quá trình khắc laser không để lại vết bẩn trên vật liệu, cho ra bản khắc sạch, mịn phù hợp để khắc trên bề mặt sản phẩm hoặc thiết bị thành phẩm Tuy nhiên, tốc độ khắc của quá trình này thấp hơn so với phương pháp khắc laser do chủ yếu dựa vào hiệu ứng nhiệt
2.3.3 Khắc đổi màu vật liệu (Color change)
Một trong những phương pháp khắc laser tuyệt vời khác của máy khắc laser công nghiệp đó là khả năng khắc và thay đổi màu sắc của vật liệu, tạo hiệu ứng đẹp mắt và mang lại hiệu quả cao cho vật liệu Đây là phương pháp khắc dựa trên sự hấp thụ của chùm tia laser khiến vật liệu bị cacbon hóa (quá trình nhiệt hóa) hoặc tạo bọt Đặc biệt, quá trình cacbon hóa tạo ra hiệu ứng màu đậm, khiến vết khắc đậm hơn vật liệu khắc; ngược lại, quá trình tạo bọt khiến vết khắc có màu nhạt hơn, có thể phát sáng trong bóng tối, mang lại hiệu ứng tích cực sử dụng Ngoài ra, phương pháp này còn cho phép tạo ra các bản khắc nhiều màu cực kỳ đẹp mắt, tùy thuộc vào đặc tính của vật liệu khắc được sử dụng
2.3.4 Khắc bóc lớp bề mặt (Surface removal) Đây là phương pháp được phát triển từ kỹ thuật khắc sáng tối, thực hiện bằng cách bóc lớp bề mặt bên ngoài của vật liệu để tạo thành dấu khắc màu sắc của lớp vật liệu chính bên trong Những lớp sơn phủ này thường là sơn tĩnh điện hoặc phôi kim loại đặc biệt Sau khi khắc, lớp phủ này dễ dàng tách ra để tạo ra hình khắc mong muốn mà không ảnh hưởng đến lớp vật liệu chính bên trong nó.
Ứng dụng của máy khắc laser
2.4.1 Ngành sản xuất bao bì:
Ngày nay, công nghệ laser được sử dụng phần lớn trong ngành sản xuất bao bì sản phẩm để khắc mã hiệu, hạn sử dụng trực tiếp lên vỏ sản phẩm, thường được dùng để thay các phương thức khác như in phun mực nhằm mang lại chất lượng cao hơn cho sản phẩm bao bì Công nghệ khắc laser còn được ứng dụng rất linh hoạt trên nhiều loại chất liệu bao bì khác nhau như nhựa, kim loại, thuỷ tinh, giấy và mang lại hiệu quả nhất định cho mục đích sử dụng bao bì sản phẩm đó Sau đây là hàng loạt công dụng chính mà công nghệ laser có thể giúp ích cho nhu cầu sản xuất bao bì của bất kỳ doanh nghiệp sản xuất nào
Hiện nay, bao bì có thể bao gồm một hoặc nhiều lớp chức năng chẳng hạn như lớp nhựa PET sẽ làm tăng độ cứng và lưu giữ hương thơm cho sản phẩm, lớp PE được dùng để đóng kín và chống rách bao bì, lớp PP chống bay hơi nước và lớp nhôm thường dùng để bảo vệ sản phẩm chống tác nhân gây hại từ ánh sáng môi trường xung quanh Do đó, chức năng dễ mở EasyOpen được tạo ra từ công nghệ Laser sẽ làm cho các lớp hỗ trợ trên bao bì bị suy yếu giúp người sử dụng có thể dễ dàng mở bao bì sản phẩm ra, tuy nhiên đặc điểm này của bao bì không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm bên trong nó
Hình 2.1: Ứng dụng laser trong đóng gói bao bì
+ Đục lỗ siêu nhỏ trên bao bì
Ngày nay, việc kéo dài thời gian sử dụng và đảm bảo sự tươi sống của của thực phẩm là rất quan trọng, vì vậy, việc trao đổi chất khí để thực phẩm tươi ngon được thực hiện bằng cách đục rất nhiều lỗ siêu nhỏ trên bao bì
Có thể nói, công nghệ laser đã thực sự mang lại nhiều giải pháp mới cho ngành sản xuất bao bì thông qua những công dụng chủ yếu trên đây Nhờ đó, công nghệ Laser một lần nữa đã khẳng định được vai trò và thành tựu đạt được của mình trong lĩnh vực mới - ngành sản xuất bao bì, đem lại sự tiện lợi hơn cho nhà sản xuất và sự an tâm khi sử dụng của phần đông người tiêu dùng hiện nay
2.4.2 Ứng dụng trong ngành quảng cáo:
Hình 2.2: Ứng dụng máy khắc laser trong quảng cáo Ứng dụng trong công nghệ in màu, cắt quảng cáo: Các sản phẩm in, cắt Decal Quảng cáo được xem là một công cụ không thể thiếu cho người làm quảng cáo, cho phép ứng dụng vào hàng loạt các sản phẩm như: trang trí dán tường, trang trí xe, bảng hiệu, POS, POP, in nhãn, phim truyền nhiệt…
Khắc dấu: Con dấu được làm từ nhiều chất liệu khác nhau hay những con dấu được cá thể hóa độc đáo theo sở thích của người sử dụng tuy đa dạng và phong phú nhưng đều có thể được tạo ra đơn giản và nhanh chóng từ những chiếc máy khắc & cắt laser
Hình 2.3: Ứng dụng máy khắc laser
Khắc mã vạch, mã 2D, Logo, số lô, số seri, thông tin sản phẩm
Hình 2.4: Khắc chi tiết trên phụ tùng ô tô, xe máy, các sản phẩm cơ khí
Hình 2.5: Khắc mã hiệu , mã 2D, thông tin lên động cơ xe, máy móc
KẾT CẤU CỦA MÁY KHẮC LASER DIODE
Kết cấu của máy khắc laser diode
Vùng làm việc bao gồm các hướng di chuyển của trục X và trục Y:
- Khoảng cách dịch chuyển theo phương X: 297mm
- Khoảng cách dịch chuyển theo phương Y: 210mm
Trục Z có chức năng tạo khoảng rộng về chiều cao cho máy để có thể linh hoạt đặt các sản phẩm có kích thước khác nhau vào vùng làm việc của đầu laser
Khoảng cách lớn nhất - nhỏ nhất từ bàn nâng đến vùng tiêu cự của đầu laser: 140mm - 0mm
3.1.3 Hệ thống điều khiển Để thuận tiện cho việc điều khiển, đảm bảo các tiêu chí về kỹ thuật và kinh tế, loại động cơ được chọn để kéo các trục là động cơ bước Động cơ bước làm việc theo nguyên tắc khi có một xung điện vào sẽ làm động cơ quay một góc xác định, số lượng xung tỷ lệ thuận với độ dịch chuyển, và thường được chọn sao cho một góc bước động cơ ứng với một đoạn dịch chuyển nhỏ nhất bằng 1 đơn vị lập trình = 0,01 mm Như vậy, giá trị dịch chuyển cho trước được đưa vào dạng số lượng xung và động cơ sẽ thực hiện số vòng quay tương ứng Không dừng đến hệ thống đo chuyển vị, không có hệ so sánh nên làm đơn giản các trang bị điều khiển điện kèm theo Tuy nhiên, động cơ bước chỉ truyền được công suất nhỏ, thường phải kèm theo các bộ khuếch đại lực Chiều quay của động cơ bước không phụ thuộc vào chiều dòng điện chạy trong các cuộn dây phần ứng, mà phụ thuộc vào thứ tự cuộn dây phần ứng được cấp xung điều khiển
Cơ cấu truyền động chính là phần quan trọng nhất của kết cấu máy khắc Nó phải có hành trình làm việc đủ dài để đầu laser có thể dịch chuyển được trong vùng làm việc, nhưng phải đảm bảo tính chính xác cao trong khi truyền động Việc sai số ở bộ truyền có ảnh hưởng rất lớn đến đầu cắt, do đó sẽ làm lệch đi sản phẩm gia công
Do khoảng cách truyền là dài, nhưng lại phải đảm bảo độ chính xác cao khi truyền, nên việc tính toán thiết kế phải kỹ lưỡng Tải trọng danh định cho bộ truyền là gần như bằng 0
Một số loại bộ truyền thường được sử dụng trong thực tế ở máy cắt laser:
- Bộ truyền bulông – đai ốc
- Truyền động bằng trục vít me
Năng lượng trong mỗi tia laser phát ra là rất cao Để đáp ứng được nhu cầu cắt giấy, vải, decan, khắc lên gỗ và một số loại vật liệu thì công suất của đầu cắt rơi vào khoảng từ 1 - 3W, bước sóng tia khoảng từ 300nm – 500nm Dựa và các thông số trên kết hợp phân tích tính kinh tế của máy mà ta chọn mua dược loại đầu cắt phù hợp theo đúng yêu cầu.
Hệ thống nguồn laser diode
Diode Laser là một thiết bị bán dẫn tương tự như đi-ốt phát sáng (LED) Nó sử dụng tiếp giáp p-n để phát ra ánh sáng kết hợp trong đó tất cả các sóng có cùng tần số và pha Ánh sáng kết hợp này được tạo ra bởi diode laser sử dụng một quá trình được gọi là Khuếch đại ánh sáng bằng sự phát xạ kích thích của bức xạ, được viết tắt là LASER Và vì một tiếp giáp p-n được sử dụng để sản xuất ánh sáng laser, thiết bị này được đặt tên là một diode laser
3.2.2 Cấu trúc hệ thống laser
Cấu trúc cụ thể của diode laser là chìa khóa cho nguyên tắc hoạt động của chúng Ở trung tâm của diode laser là một tiếp giáp p-n, là khoảng cách giữa một lớp vật liệu bán dẫn loại n và một lớp vật liệu bán dẫn loại p khác Sự hiện diện của điều này có nghĩa là dòng điện chỉ có thể chạy theo một hướng (có nghĩa là nó phân cực thuận)
Thông thường những vật liệu này là gali arsenua pha tạp với nhôm, silic, selen hoặc indi Lớp loại p có nhiều hạt tích điện âm hơn trong khi phần loại n chứa đầy các electron Ở cuối các lớp này là các bề mặt phản chiếu, với một lớp phản chiếu hoàn toàn và lớp kia phản chiếu một phần Điều này có nghĩa là khi một dòng điện được cung cấp cho diode laser, quá trình sau sẽ xảy ra:
Các electron tự do chuyển từ lớp n sang lớp p
Một số electron này sẽ kết hợp với các hạt mang điện tích âm và kích thích chúng
Sự kích thích này làm cho mức năng lượng của chúng tăng lên và các photon (năng lượng ánh sáng) được giải phóng
Đến lượt các photon này kết hợp với nhiều electron hơn, gây ra sự kích thích lớn hơn và các photon khác được tạo ra
Năng lượng ánh sáng này dội lại giữa hai lớp phản xạ, tạo ra một chùm ánh sáng mạnh phát ra từ diode laser.
Laser diode được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm:
Laser diode có thể có bước sóng từ 380 đến 1550 nm Các loại phổ biến bao gồm:
- Laser diode hồng ngoại: bước sóng từ 780 đến 1550nm, được sử dụng trong viễn thông, ghi và đọc dữ liệu, cắt và hàn, y tế…
- Laser diode đỏ: bước sóng từ 630 đến 780 nm, được sử dụng trong chiếu sáng, màn hình…
- Laser diode xanh lam: bước sóng từ 400 đến 480 nm, được sử dụng trong chiếu sáng, màn hình…
- Laser diode laze: bước sóng từ 1064 đến 1120 nm, được sử dụng trong cắt và hàn, y tế…
Laser diode có thể được cấu tạo theo cấu trúc p-n-p hoặc n-p-n Ngoài ra, còn có một số loại laser diode khác, bao gồm:
- Laser diode khuếch đại: sử dụng một sợi quang để khuếch đại bức xạ laser, thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi cường độ laser cao như cắt và hàn
- Laser diode xung: tạo ra các xung laser ngắn, thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao như phẫu thuật laser
- Laser diode trạng thái rắn: sử dụng chất bán dẫn trạng thái rắn làm môi trường hoạt động, có độ bền cao và có thể hoạt động trong nhiều điều kiện khắc nghiệt.
Ưu nhược điểm của máy khắc Laser diode so với các loại máy khắc khác
- Ưu điểm chính của khắc laser diode là khả năng tạo ra nguồn laser nhỏ, nặng không quá 200kg nên máy in 3D hay máy CNC có thể dễ dàng biến thành máy khắc laser Ưu điểm lớn của diode laser là chỉ cần nguồn điện 12VDC, 7-8A để hoạt động
- Laser diode có bước sóng dài và có thể khắc hiệu quả các vật liệu phi kim loại Còn được gọi là laser sợi quang
- Năng lượng tiêu thụ cũng khá thấp Hệ thống điều khiển đơn giản và dễ sản xuất Tuổi thọ lên tới 50.000 giờ
- Khó điều chỉnh công suất
- Đường kính nhỏ nhất của điểm chất sáng phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng
- Sự phá hủy về nhiệt có ảnh hưởng tới phôi
- Cần phải xác định chính xác điểm gia công.
Kết Luận
Việc lựa chọn đầu khắc laser diode và thiết kế hệ thống cơ khí nhỏ gọn cho máy khắc mini để phục vụ nhu cầu tuyển sinh tại các điểm trường là hoàn toàn phù hợp Với mức chi phí thấp, khả năng vận hành đơn giản và tính cơ động cao của máy sẽ đáp ứng được yêu cầu ban đầu đặt ra của đồ án.
THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY KHẮC LASER
Mục tiêu thiết kế
Sau khi phân tích, lựa chọn và thiết kế là một phần rất quan trọng nhằm đảm bảo khả năng hoạt động cho máy và tiết kiệm được chi phí đầu tư Bên cạnh đó, việc bố trí bộ điều khiển sao cho thuận tiện cho việc vận hành, hiệu chỉnh cũng khá quan trọng đồng thời tính thẩm mỹ cũng sẽ tăng lên Việc đó hỗ trợ rất nhiều trong quá trình thiết kế và gia công
Dựa vào đó bắt đầu tiến hành thiết kế mô hình máy khắc laser sao cho phù hợp, đảm bảo đầy đủ các chức năng Không những thế còn tiết kiệm chi phí và mang tính thẩm mĩ cao.
Lựa chọn phương án thiết kế máy
4.2.1 Phương án 1(Bàn máy di chuyển)
Là kiểu bàn máy phổ biển trong các loại máy phay CNC Trong khi phay, mũi dao va chạm trực tiếp với bề mặt vật liệu, tức các động cơ, bộ truyền phải chịu thêm tải trọng lực cắt ngoài khối lượng đặt lên Do vậy mà kết cấu máy phải cứng vững, bàn máy mang phôi cho dịch chuyển để phân tán bớt lực cắt, giảm thiểu tác động lên dao Khi đó, dao đứng yên, bàn máy chuyển động, độ cững vững cao hơn Đặc điểm
- Khối lượng, diền tích lớn, cồng kềnh
- Kết cấu máy phải to, chắc chắn, đảm bảo độ cứng vững
- Độ rung lắc lớn khi bàn máy chuyển động
4.2.2 Phương án 2(Bàn máy đứng yên)
Là kiểu bàn máy mà khi cắt đầu cắt chịu ít tải trọng hơn, các máy có hành trình lớn, di chuyển rộng khắp bề mặt Trong máy cắt khắc laser, so sánh giữa việc di chuyển bàn máy và đầu cắt laser thì phương án bàn máy đứng yên hiệu quả hơn rất nhiều Đặc điểm
- Đầu cắt là tia laser chỉ bắn ra tia, khi chuyển động là gần như không tải đối với cơ cấu truyền, nên việc dịch chuyển nhanh gọn và tiết kiệm năng lượng
- Kết cấu máy trở nên đơn giản, ít cồng kềnh hơn do không yêu cầu cao về độ cứng vững và chịu lực
- Giá thành chế tạo cho phương án bàn máy đứng yên kinh tế hơn
4.2.3 Chọn phương án thiết kế máy
Từ các phân tích trên ta thấy rõ ràng rằng chọn bàn máy đứng yên, đầu cắt laser chuyển động là phương án khả thi nhất khi thiết kế máy cắt khắc laser.
Cơ sở thiết kế máy khắc laser CNC mini
4.3.1 Phương án thiết kế bộ truyền a Bộ truyền bulong - đai ốc
Kết cấu của bộ truyền là sử dụng 1 thanh bulong dài đóng vai trò như trục vít trong bộ truyền vít – đai ốc Đai ốc vặn vào bulong Ta sẽ gắn bộ phận cần truyền động vào đai ốc và dung động cơ để xoay bulong, nhờ đó mà đai ốc có thể tịnh tiến dọc trục
Hình 4.1: Bộ truyền bulong – đai ốc Ưu điểm
- Đơn giản dễ chế tạo
- Rẻ tiền, dẽ dàng thay thế, sửa chửa, bảo hành
- Bulong, đai ốc là loại dễ tìm kiếm trên thị trường, có nhiều sự lựa chọn trong khâu thiết kế
- Độ chính xác không cao
- Không có tính tự hãm đặc trưng của một bộ truyền vít – đai ốc
- Việc chế tạo nối trục giữa động cơ và bulong sẽ phải tự chế và làm thủ công
- Dễ bị tác động từ môi trường như rỉ, rít, truyền không trơn… b Truyền động trục vít – đai ốc Đây là cơ cấu rất thông dụng, thường thấy trong các máy tiện, phay, các máy có tính truyền động tương tự Động cơ được gắn vào vit me Khi động cơ chuyển động sẽ làm vít quay, do vit me và động cơ là cố định nên đai ốc sẽ tính tiến dọc theo chiều dài vít me Đai ốc được lắp chặt vào bộ phận cần truyền động (ở đây là trục X, trục Y), làm cho bộ phận đó chuyển động so với hệ thống thanh trượt
Hình 4.2: Trục vít – đai ốc
Bộ truyền trục vít – đai ốc biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến nhờ sự tiếp xúc, đẩy nhau giữa ren vít và ren đai ốc
Hình 4.3: Ghép nối trục vít – đai ốc
Tốc độ di chuyển phụ thuộc vào tốc độ của động cơ và bước ren của trục vit Một vòng quay của động cơ sẽ làm cho đai ốc di chuyển một doạn bừng bước ren của trục vít Do vậy khó đảm bảo độ chính xác khi di chuyển nhanh Ưu điểm
- Tốc độ di chuyển nhanh do gắn đồng trục
- Là phương án phổ biến trong các máy CNC công nghiệp hiện nay
- Mỗi đoạn tịnh tiến của đai ốc phụ thuộc vào bước ren nên dù di chuyển nhanh nhưng đọ chính xác chưa cao, phụ thuộc rất nhiều vào việc gá đặt, thi công sản phẩm
- Chi phí thực hiện cao, yêu cầu độ chính xác c Bộ truyền đai
Bộ truyền đai cũng thường được sử dụng nhiều trong các máy cắt tương tự Đối với tính tính xác của chuyển động cần truyền, chống trượt cũng như các sai sô nên chỉ có đai răng là thích hợp hơn cả cho bộ truyền
Hình 4.4: Truyền động bằng đai răng Ưu điểm
- Kết cấu đơn giản, giá thành hạ xuống
- Làm việc êm, không gây ồn nhờ độ mềm dẻo của đai, thích hợp trong việc truyền động tốc độ cao (mà thực chất máy cắt đang thực hiện thì tốc dộ cũng không cao lắm do đầu cắt có thể cháy không kịp)
- Truyền động giữa trục cách xa nhau (với khoảng cách làm việc lớn nhất lên đến
950 mm thì truyền động đai hoàn toàn hợp lý)
- Hiệu suất truyền động cao
- Tiện lợi, dễ dàng cho việc điều khiển
- Có thể gặp vấn đề với kích thước, khuôn khổ lớn
- Lực tác dụng lên ổ trục lớn và phải căng đai ban đầu
- Tuổi thọ của đai thường thấp
- Yêu cầu độ chính xác cao, việc thi công lắp ráp khó khăn hơn
- Khó khăn trong việc tinh chỉnh độ song song của mặt đai cho việc kéo trục chính xác nhất d Kết luật phương án truyền động
Dựa trên kết quả phân tích các phương án truyền động ở trên, kết hợp với các tính toán về khả năng cung cấp cũng như mua được các linh kiện cần thiết và điều kiện kinh tế, phương án truyền động bằng đai răng được chọn để thực hiện
Các tiêu chí để thực hiện bộ khung dưới của máy cắt:
- Đảm bảo độ chính xác về kích thước, độ bền cơ học chắc chắn
- Ray trượt sẽ được gắn trực tiếp vào khung dưới nên phải đảm bảo tính chính xác thiết kế
- Tương tác tốt các vị trí khi gắn các bộ truyền, mạch, động cơ lên
- Đảm bảo độ cân bằng, không chông chênh gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm
- Thuận tiện cho việc di chuyển cũng như sửa chữa, tháo lắp
Dựa trên các thông số cũng như vùng làm việc, ta thực hiện vẽ trên phần mền inventor 2021 Máy chỉ dùng cho việc khắc bằng tia laser nên cơ cấu không cần phải quá cồng kềnh mà chỉ đơn giản là có 1 khung đủ cứng vững để tựa Ta dùng nhôm định hình 20x20 làm khung máy và phần đỡ cho ray trượt
Hình 4.6: Khung máy mô phỏng trên inventor 2021
Gối đỡ là một bộ phận quan trọng của sản phẩm mà trục được lắp vào Nó có nhiệm vụ đỡ trục của máy và xác định vị trí tương đối của trục trong không gian để thực hiện các nhiệm vụ động học nhất định Chi tiết làm việc trong điều kiện rung lắc thay đổi Đối với máy này, ta sử dụng gối đỡ thanh trượt tròn SK
Hình 4.7: Gối đỡ thanh trượt tròn SK
Gối đỡ vitme còn có tác dụng chặn 2 đầu hành trình chuyển động của đai ốc vitme sao cho phần hành trình đó đúng với chiều dài chuyển động theo thiết kế Đối với máy này, ta sử dụng gối đỡ vít me trục đứng KP
Hình 4.8: Gối đỡ vít me trục đứng KP
Ta sử dụng thanh trượt tròn ∅8 để đảm bảo độ cứng vững cho toàn bộ kết cấu
4.3.5 Trục vít me và đai ốc
Trục vít me được gia công với độ chính xác cao, vật liệu được xử lý bề mặt, mạ crom sáng bóng chống oxy hoá, bền bỉ với thời gian sử dụng Bước răng 2mm phù hợp cho các ứng dụng chuyển động tịnh tiến, giảm lực ma sát Độ rơ lắc ít tạo thành 1 khối vững chắc khi được lắp vào các hệ cơ khí
Hình 4.10: Trục vít me và đai ốc T8
4.3.6 Đai răng Đối với sự chuyển động của hai trục X,Y thì yêu cầu không khắc khe để đảm bảo tính linh hoạt và giảm chi phí thì chúng em quyết định sử dụng bộ truyền đai răng Loại dây đai được sử dụng trong bộ truyền là dây đai GT2 với bước răng là 8mm và bề rộng là 6mm
Hình 4.11: Dây đai và pulley GT2
Hình ảnh thiết kế toàn máy trên phần mềm inventor
Hình 4.12: Hình ảnh thiết kế toàn máy trên phần mềm inventor
Tính toán cho hệ truyền động
4.3.1 Tính chọn đường kính trục Động cơ chọn lựa: động cơ bước nema 17 (42x42)
Hình 4.13: Động cơ bước nema 17
Các thông số đầu vào:
Công suất động cơ: N=U.I.cosφ= 5,57 (W)
M = 10,7 (rad/s) Đường kính trục sơ bộ: d C 3 N
n = 5,34 (mm) Chọn theo đường kình trục tiêu chuẩn d= 8mm
Trong đó: d là đường kính trục
C là hệ số phụ thuộc ứng suất xoắn cho phép đối với trục
N là công suất truyền trên trục n là số vòng quay trong 1 phút
W = 10,33 (N/mm 2 ) Tra bảng 7.2 (trang 119 [1]) ta có [σ]= 50 (N/mm 2 )
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH MÁY KHẮC LASER CNC MINI
Tổng quát về hệ điều khiển
Các thành phần tạo nên hệ điều khiển bao gồm:
- Một máy tính có các phần mềm cần thiết tạo nên tập tin lập trình CNC ( Gcode), máy tính cần có cổng USB để kết nối với driver chính
- Một driver điều khiển hai động cơ bước theo lệnh của máy tính và nhận cảnh báo từ các công tắc hành trình khi đầu cắt chạm đến giới hạn của miền làm việc
- Hai động cơ bước gắn ở hai trục X và Y, giúp đầu cắt chuyển động
- Đầu cắt laser có nhiệm vụ phát tia laser khắc lên vật liệu
- Hai nguồn điện cung cấp cho hai driver: một driver chính và một động cơ nâng trục z
- Một driver điều khiển sự tắt bật của đầu cắt laser và cung cấp dòng điện cho quạt làm mát đầu cắt.
Lựa chọn các thành phần tạo nên hệ điều khiển
Khi nói đến dòng mạch Arduino phục vụ cho việc lập trình thì hầu hết sẽ chọn dòng Arduino UNO Dòng mạch này đã phát triển đến thế hệ thứ ba (R3)
Một vài thông số của Arduino UNO R3
Vi điều khiển Atmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động
5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB) 16MHz
Dòng tiêu thụ Khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
6 (độ phân giải 10bit) Dùng tối đa trên mỗi chân I/O 30mA
32 KB (Atmega328) vi71 0.5KB dùng bởi bootloader
Hình 5.2: Chip Atmega8 trên board Arduino UNO
Arduino UNO có thể dùng 3 bộ vi điều khiển dòng AVR 8 bit: ATmega8, ATmega168, ATmega328 Nó có thể xử lý các công việc đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, tạo các trạm đo nhiệt độ, độ ẩm và hiển thị trên màn hình LCD hoặc các ứng dụng khác
Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V qua USB hoặc nguồn điện bên ngoài, với điện áp khuyến nghị là 7-12V DC và điện áp giới hạn là 6-20V Thông thường, nếu chúng ta không có nguồn điện do cổng USB cung cấp, thì việc sử dụng pin hình lăng trụ 9V để cấp nguồn là hợp lý nhất Nếu nguồn điện vượt quá giới hạn trên, Arduino UNO sẽ bị hỏng
- GND (Ground): cực âm của nguồn điện sẽ cấp điện cho Arduino UNO Các thiết bị dùng những nguồn điện riêng biệt khi được sử dụng thì những chân này phải được nối với nhau
- 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép là 500mA
- 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép là 50mA
- Vin (Voltage Input): cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO bằng cách nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND
- IOREF: điện áp làm việc của vi điều khiển trên Arduino UNO được đo ở chân này, nó sẽ là 5V Tuy nhiên không được lấy nguồn 5V từ chân này để cấp điện vì chức năng của nó không phải là cấp nguồn
- RESET: nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ
Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:
- 32KB bộ nhớ Flash: các hướng dẫn lập trình sẽ được lưu giữ trong bộ nhớ flash của vi điều khiển Thông thường, một vài KB trong số chúng sẽ dùng làm bộ nạp khởi động và rất ít khi sử dụng nhiều hơn 20 KB
- 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): đây là nơi lưu giữ giá trị của từng tham số được sử dụng trong quá trình lập trình Khi khai báo nhiều biến thì thì sẽ tốn nhiều bộ nhớ RAM Trường hợp xảy ra sự cố như cúp điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị xoá
Hình 5.3: Các cổng vào/ra trên board Arduino UNO
Arduino UNO có 14 chân digital chuyên dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Nhưng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V, dòng đầu vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Mỗi chân có các điện trở pull-up được kết nối ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định, điện trở này không được sử dụng)
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
- 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thông thường là kết nối Serial không dây Không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết
- Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cách đơn giản, điện áp đầu ra của chân này có thể được điều chỉnh từ 0V đến 5V thay vì cố định ở mức 0V và 5V như các chân khác
- Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài chức năng thông thường, 4 chân này còn được sử dụng để truyền dữ liệu bằng giao thức SPI
- LED 13: trên Arduino UNO có một đèn LED màu cam (ký hiệu L) trên Arduino UNO Khi nhấn nút reset thì đèn sẽ nhấp nháy để báo hiệu Nó được kết nối với chân 13 Khi sử dụng chân này, đèn LED sẽ sáng lên
Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 2 10 -1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board, Điện áp tham chiếu có thể được đưa vào khi sử dụng chân analog Nghĩa là, nếu điện áp 2,5V được cung cấp cho chân này, điện áp trong phạm vi 0V → 2,5V có thể được đo bằng chân analog và độ phân giải vẫn là 10bit
Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được viết bằng ngôn ngữ riêng Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring để lập trình trên máy tính Và Wiring cũng là một biến thể của C/C++ Nhiều người gọi nó là Wiring hay một số khác thì gọi là C hay C/C++ Thông dụng thì gọi đây là “ngôn ngữ Arduino” Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễ học và dễ hiểu Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino,ta dùng một môi trường lập trình Arduino được gọi là Arduino IDE (IntergratedDevelopment Environment)
Hình 5.4: Môi trường lập trình Arduino IDE
Arduino CNC shield V3 là board mở rộng của Arduino UNO R3 để điều khiển máy CNC mini Arduino CNC Shield V3 có 4 khay để gắn mô đun điều khiển động cơ bước A4988, khi đó board có thể điều khiển 3 trục X, Y, Z và cả trục thứ
4 tuỳ chỉnh trên máy CNC mini
Hình 5.5: Arduino CNC shield V3 Đặc điểm nổi bật
- Thích hợp với GRBL (mã nguồn mở chạy trên Arduino UNO R3 để điều khiển máy CNC mini)
- Hỗ trợ lên tới 4 trục (trục X, Y, Z và một trục thứ tư tùy chọn)
- Hỗ trợ lên tới 2 Endstop (cảm biến đầu cuối) trên mỗi trục
- Chức năng điều khiển spindle
- Có thể điều khiển bộ phận làm mát khi máy hoạt động
- Khi cần thay thế và nâng cấp, sử dụng module điều khiển động cơ bước giúp tiết kiệm chi phí
- Thiết kế nhỏ gọn, đầu nối chuẩn phổ thông
- Điện áp nguồn cấp đa dạng từ 12V tới 36V
- Tương thích với module A4988 và DRV8825
- Tương thích với module Uno R3
Hình 5.6: Sơ đồ mạch của Arduino CNC Shield V3
5.2.3 Mạch điều khiển động cơ bước A4988
Mạch điều khiển động cơ bước A4988 có công suất đầu ra lên tới 35V và dòng điện cực đại là 2A Tự động ngắt điện khi quá nóng Điều khiển hướng quay của động cơ thông qua pin DIR
Động cơ cho trục nâng Z
Động cơ DC giảm tốc hộp số vuông 40RPM thích hợp với những ứng dụng cần tốc độ chậm khỏe
Hình 5.9: Động cơ giảm tốc hộp số vuông góc JGY370 40RPM
Hình 5.10: Sơ đồ kích thước của Động cơ giảm tốc hộp số vuông góc JGY370
- Điện áp sử dụng: 12VDC
- Tốc độ quay không tải: 40 rpm (vòng/phút)
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM
Phần mềm GRBL Laser
GRBL là một firmware (phần mềm có khả năng kiểm soát, giám sát và thao tác dữ liệu của hệ điều hành) sử dụng cho một số mạch điều khiển máy CNC Với đặc điểm mã nguồn mở, cực kỳ dễ sử dụng, đặc biệt hỗ trợ mạch Arduino (Arduino UNO R3 và CNC Shield), GRBL là một trong những lựa chọn hàng đầu khi xây dựng các dạng máy CNC mini
Hình 6.1: Phần mềm điều khiển máy khắc laser GRBL
So với các phiên bản trước (0.8; 0.7; …), GRBL phiên bản 0.9 có thêm nhiều tính năng bổ sung rất hiệu quả Một số tính năng tiêu biểu của firmware GRBL 0.9 có thể kể tới:
- Tương thích 100% với board Arduino CNC Shield v3 (chỉ cần đảo chân tín hiệu, chi tiết sẽ được trình bày trong bài)
- Tốc độ truyền nhận dữ liệu với máy tính, Baud Rate = 115200
- Tính năng Probing (đo độ cao bề mặt phôi và tự bù lại khi gia công)
- Có thể thay đổi theo Gcode tốc độ spindle, công suất laser bằng PWM Ở bản 0.9, GRBL bổ sung thêm tính năng điều khiển tốc độ spindle hoặc (cường độ laser) bằng PWM (điều chỉnh độ rộng xung), do vậy có một sự thay đổi nhỏ trong thiết lập chân ra của firmware Sau vài giây, phần mềm XLoader sẽ có thông báo Upload firmware thành công vào mạch Arduino Uno.
Phần mềm inkscape
Inkscape là phần mềm có thể xử lý đồ họa vec tơ Mục đích phát triển của dự án Inkscape là để tạo ra một phần mềm có tính năng xử lý đồ họa véc tơ tốt đồng thời phù hợp với chuẩn XML, SVG và CSS Nó là một phần mềm có nhiều nền tảng, chạy trên Microsoft Windows, Mac OS X và Unix
Inkscape cho phép những người dùng không chuyên và cả những nhà thiết kế chuyên nghiệp tạo ra các logo, bức vẽ hội hoạ, icon phần mềm hay banner cho website dựa trên các ứng dụng vec tơ đồ họa biên tập Phần mềm cung cấp công cụ vẽ và tạo nên những hình dạng cơ bản như bầu dục, hình chữ nhật, sao, đa giác, hình xoắn ốc và nhiều hiệu ứng đường viền, ánh sáng, làm mờ sắc nét hình ảnh Các bộ công cụ được sắp xếp rõ ràng trên giao diện giúp người dùng tiếp cận dễ dàng hơn
Hình 6.2: Phần mềm xử lý đồ họa Inkscape
Inkscape quản lí bản vẽ theo các lớp và cho phép chuyển giữa các lớp một cách linh hoạt, có khả năng biến đổi và thao tác các hình dạng cơ bản trên bản vẽ bằng cách xoay, kéo dài, và làm lệch, điều chỉnh các điểm nút, đường cong Thâm chí bạn có thể chỉnh sửa trực tiếp bản vẻ trên File XML
Inkscape hỗ trợ nhân bản các đối tượng với số lượng lớn, tính năng nhận diện hình
- đổi từ ảnh bitmap ra các đường nét Đồng thời, phần mềm này cho phép xuất bản vẽ ra nhiều định dạng, tạo ra các file EPS, EMF, và các định dạng ảnh bitmap (PNG, JPEG, v.v )
Các tính năng chính của Inkscape:
- Công cụ tạo các bản vẽ bằng vector đồ họa
- Cung cấp nhiều hình dạng và hiệu ứng thiết kế bản vẽ
- Quảng lý bản vẽ theo các lớp
- Nhân bản đối tượng với số lượng lớn
- Cho phép xuất bản vẽ ra nhiều định dạng
KẾT NỐI VÀ SỬ DỤNG MÁY
Kết nối mô hình với máy tính
- Đầu tiên kết nối mô hình với máy tính bằng cổng USB
- Mở hộp thoại manager trên máy tính, chọn Device manager
Hình 7.1 Hộp thoại manager trên máy tính
Ta nhận thấy máy tính nhận ở cổng COM5.
Sử dụng phần mềm GRBL laser
Khởi động phần mềm GRBL laser và chọn cổng COM5
Hình 7.2 Điều chỉnh cổng USB cho phần mềm GRBL Laser
Tiến hành vào gia công chi tiết, ta làm như sau
Bước 1: Đầu tiên ta chọn File -> Open file -> chọn hình ảnh muốn gia công
Hình 7.3 Hộp thoại File trên phần mềm GRBL laser
Bước 2: Tiếp theo sẽ xuất hiện hộp thoại Import Raster Image
Hình 7.4 Hộp thoại Import Raster Image trên phần mềm GRBL laser
Trong đó ta có thể điều chỉnh độ đậm nhạt, độ sáng tối, các kiểu khắc mà mình mong muốn
Bước 3: Chọn Next sẽ xuất hiện hộp thoại Target Images
Hình 7.5 Hộp thoại Target Images của phần mềm GRBL Laser
Bước 4: Thiết lập các thông số để khắc: ở đây ta cần chú ý các mục sau, còn lại để nguyên
+ Engraving Speed: tốc độ khắc
+ Size: kích cỡ của hình khắc
Bước 6: Chọn Run Program để máy chạy
Hình 7.6 Kích hoạt Run Program để chạy máy
Ta thu được sản phẩm
Hình 7.7 Logo trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Các sản phẩm khác của máy
Hình 7.8 Các sản phẩm của máy
Một số hình ảnh gia công máy
Hình 7.9 Thiết kế hệ thống trục nâng cho máy
Hình 7.10 Đo kích thước cho bàn nâng
Hình 7.11 Tiến hành lắp đặt bàn nâng
Mô hình máy hoàn thiện
Hình 7.12 Mô hình máy khắc laser 2D mini
CẢI TIẾN MÁY KHẮC CO 2 LASER
Những cái tiến máy khắc CO 2 laser
Sau một thời gian dài không sử dụng, tình trạng máy gặp phải nhiều lỗi khiến cho máy không hoạt động được Do đó em đã tìm các các biện pháp để khắc phục Trong đó có thể kể ra:
- Thay đổi hệ thống kính phản xạ
- Đi lại đường dây điện cho gọn gàng
- Thay đổi nguồn cao áp CO2
- Sữa chữa khung của máy
- Sơn máy để tăng thêm tính thẩm mỹ
- Gắn thêm đèn cho máy để dễ dàng quan sát
- Thay đổi công tắc hành trình
- Thay đổi tấm mika đã cũ
Kết quả
Sau những sửa chữa và thay đổi, máy đã hoạt động được trở lại Tuy nhiên vẫn còn vài hạn chế là khắc trên những sản phẩm có dạng tròn vẫn chưa đạt được độ hoàn thiện cao
Một vài sản phẩm của máy:
Hình 8.1 Sản phẩm của máy khắc CO 2 laser
Chạy thử máy trên phần mềm Benbox
Đầu tiên ta kết nối máy với máy tính bằng cổng USB Sau đó khởi động phần mềm Benbox
Bước 1: Nhấp vào biểu tưởng sẽ xuất hiện hộp thoại Update Firmware, điều chỉnh các cổng nối như hình bên dưới
Hình 8.3 Hộp thoại Update Firmware
Bước 2: Nhấp vào biểu tượng để điều chỉnh các thông số
Hình 8.4 Điều chỉnh thông số trong phần mềm Benbox
- Serial Port: cổng kết nối với máy tính ( ở đây em chọn COM6)
-Low light image enhancement: bước sóng nhỏ nhất của laser
- Intensity: cường độ cho động cơ bước
- Speed: tốc độ một bước của động cơ
- Time: thời gian cháy của tia laser
Bước 3: Nhấp vào biểu tượng để chọn hình ảnh cần gia công
Hình 8.5 Điều chỉnh hình ảnh để gia công trong phần mềm Benbox
Bước 4: Sau khi đã điều chỉnh các thông số phù hợp, ta nhấp vào biểu tượng để khoanh vùng kích thước và nhấp vào biểu tượng để máy chạy
Ta thu được kết quả:
Hình 8.6 Logo câu lạc bộ bóng đá Chelsea
Một số hình ảnh trong quá trình gia công máy
Hình 8.8 Test tia laser, chỉnh gương cho máy
Mặt hạn chế và hướng phát triển
- Sản phẩm có tỉ lệ chuyển đổi điện quang không cao
- Chưa khắc được hoàn chỉnh những chi tiết có tiết diện tròn, cầu…
- Do năng lương tiêu thụ của máy khá cao nên máy dễ bị nóng
- Thiết kế hệ thống làm mát
- Mở rộng hướng di chuyển của các trục để gia công các chi tiết có tiết diện và kích thước lớn hơn
- Tăng độ cứng vững khung, sườn của máy để thuận lợi cho quá trình di chuyển.
