Precyzyjna, dwuosiowa wycinarka CNC typu "Hot Wire" do wycinania skrzydeł i profili aerodynamicznych z pianki XPS.
Konstrukcja oparta na spawanej ramie stalowej i prowadnicach V-Slot zapewnia sztywność i pole robocze 60x60x150cm przy stosunkowo niskiej cenie komponentu (kompromis).
Sterowanie ruchem realizuje Arduino Uno z GRBL wyposażone w CNC Shield v3 z driverami DRV8825 (podwójne silniki na osiach X i Z).
Unikalną cechą jest niezależne sterowanie temperaturą drutu Kanthal (24V) za pomocą modułu ESP8266 z WiFi i wyświetlaczem OLED, umożliwiające regulację parametrów cięcia ze smartfona.
Profile stalowe zamknięte 30x20mm (na ramę główną) ok. 4mb
Profile stalowe zamknięte 20x60mm (na nogi) ok. 3mb
Profil aluminiowy V-Slot 2020 (4 odcinki po 60cm)
Ceownik aluminiowy 20x5mm (stężenie osi Z)
4x Zestawy kółek V-Wheel (płytki montażowe, kółka, tuleje dystansowe, mimośrody)
Pasek zębaty GT2 6mm (kilka metrów)
4x Koła napędowe GT2 20T (pulleys) na wał silnika 5mm
4x Koła bierne dla paska GT2 20T
Filament PETG (na wydruki 3D)
Śruby, nakrętki (M3, M4, M5),
Nakrętki młoteczkowe (T-nuts) do profili V-Slot
Elektronika - Ruch (12V):
Arduino Uno R3 (lub kompatybilne)
CNC Shield v3.0
4x Sterownik silnika krokowego DRV8825 (lub A4988)
4x Silnik krokowy NEMA 17 (parametry: 0.5Nm, 1.5A)
Zasilacz impulsowy 12V (minimum 10A dla zapasu mocy)
Płytka uniwersalna PCB 3x8cm i złącza goldpin męskie oraz żeńskie (do wykonania splittera osi X)
Elektronika - Grzanie (24V):
Moduł ESP8266 (np. Wemos D1 Mini lub NodeMCU)
Moduł wykonawczy dużej mocy (Dual MOSFET PWM trigger switch drive module)
Wyświetlacz OLED 0.96" I2C (biały, lub inny dowolny kolor)
Drut oporowy Kanthal A1 0.51mm ok1.6mb
Zasilacz impulsowy 24V (do zasilania drutu, moc zależna od długości drutu, zalecane min. 3A)
Przewody silikonowe odporne na temperaturę (do podłączenia drutu tnącego) ok. 4mb
2x Krokodylki uniwersalne
Przewody 4x0.35mm^2 (do przedłużenia przewodów łączących silniki ze sterownikami) ok. 8mb
Spawarka: (MIG/MAG lub TIG) do wykonania stalowej ramy bazy.
Drukarka 3D: Zdolna do druku z materiału PETG (elementy konstrukcyjne, uchwyty).
Przecinarka taśmowa do metalu lub szlifierka kątowa: Do docinania profili stalowych i aluminiowych.
Stacja lutownicza: Do wykonania splittera sterowania silników osi X, okablowania silników i modułu ESP8266.
Wiertarka stołowa lub wkrętarka: Do wiercenia otworów montażowych w ramie i profilach.
Podstawowe narzędzia ręczne: Zestaw kluczy imbusowych, klucze płaskie, kombinerki, szczypce boczne, ściągacz izolacji, zaciskarka miara, kątownik, suwmiarka, rysik, punktak, gwintowniki.
Multimetr: Do diagnostyki połączeń elektrycznych i ustawiania prądu VREF na sterownikach.
Komputer z zainstalowanym oprogramowaniem: Arduino IDE, Thonny, UGS.
Celem projektu było zbudowanie precyzyjnej maszyny CNC do wycinania rdzeni skrzydeł i skomplikowanych profili aerodynamicznych z materiałów takich jak styrodur (XPS) czy styropian (EPS).
Maszyna wykorzystuje metodę gorącego drutu (Hot Wire CNC), gdzie rozgrzany drut oporowy topi materiał, poruszając się po zaprogramowanej ścieżce.
Konstrukcja Mechaniczna (Rama i Prowadnice):
Podstawą maszyny jest solidna, spawana rama wykonana z profili stalowych 30x20mm (o wymiarach podstawy 1500x500mm), wsparta na czterech nogach z profili 20x60mm. Zapewnia to wysoką sztywność, kluczową dla dokładności cięcia. Jako system ruchu liniowego wykorzystano profile aluminiowe V-Slot 20x20mm o długości 60cm dla każdej z dwóch wież. Wózki poruszają się na dedykowanych zestawach kółek V-slot z regulacją docisku za pomocą mimośrodów. Górne części wież osi Z są dodatkowo usztywnione i sprzęgnięte ceownikiem aluminiowym 20x5mm, co eliminuje drgania.
Wszystkie elementy mocujące silniki NEMA 17, uchwyty drutu oraz napinacze pasów zębatych GT2 zostały zaprojektowane i wydrukowane z wytrzymałego filamentu PETG na drukarce 3D.
Elektronika - Sterowanie Ruchem:
Sercem maszyny jest Arduino Uno z wgranym oprogramowaniem GRBL, współpracujące z CNC Shield v3 i sterownikami silników krokowych DRV8825. Maszyna napędzana jest przez 4 silniki NEMA 17 (0.5Nm, 1.5A), zasilane napięciem 12V:
Oś Z (Pionowa):
Wykorzystuje dwa silniki. Drugi silnik jest "zmirrorowany" sprzętowo poprzez zworki na CNC Shield, kopiując sygnały na slot osi A.
Oś X (Pozioma):
Również wykorzystuje dwa silniki dla zapewnienia równego przesuwu bramy. Ze względu na brak możliwości mirrorowania drugiego silnika bezpośrednio na CNC Shield, zastosowano dedykowany, własnoręcznie wykonany splitter sygnałów. Rozdziela on sygnały STEP i DIR z wyjścia X na dwa zewnętrzne sterowniki DRV8825.
Ważny detal splittera:
Aby sterowniki działały poprawnie poza shieldem, piny RESET i SLEEP na każdym z nich zostały zwarte i podłączone na stałe do +5V.
Kierunek obrotów jednego z silników X został odwrócony poprzez zamianę par przewodów we wtyczce silnika.
G-code generowany w oprogramowaniu CAM (np. DevWing Foam) jest wysyłany do maszyny za pomocą Universal Gcode Sender (UGS) przez USB.
System Grzewczy:
Elementem tnącym jest drut oporowy Kanthal o średnicy 0.51mm. System grzewczy jest całkowicie niezależny od sterowania ruchem i zasilany z osobnego zasilacza 24V. Sterowanie temperaturą realizuje mikrokontroler ESP8266 zaprogramowany w MicroPython'ie, który steruje modułem wykonawczym z podwójnym tranzystorem MOSFET (sygnał PWM na GPIO4/D2). Układ wyposażony jest w biały wyświetlacz OLED, pokazujący aktualny procent wysterowania mocy. Dzięki łączności WiFi, moc grzania drutu można wygodnie regulować "w locie" za pomocą smartfona, bez podchodzenia do maszyny.
Pliki instalacyjne grbl oraz kod regulacji temperatury poniżej.
