Lasertekenmachine: 8 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

✨Teken fosforescerende lichtsporen met een machine die helemaal opnieuw is ontworpen en gebouwd!

Het verhaal: Tussen de pauzes door tijdens de midtermweek, ontwierpen en bouwden mijn vriend Brett en ik deze machine die een laser- en spiegelsysteem gebruikt om lichtsporen te tekenen, bestuurbaar via een 3D-geprinte joystick. Het belangrijkste doel was om tekentechnieken en materialen te gebruiken die mensen normaal gesproken niet zouden associëren met tekenen, terwijl ze de gebruiker een gevoel van intriges wekken.

We hopen dat je er net zoveel plezier aan beleeft als wij hadden bij het ontwerpen en bouwen ervan!

Benodigdheden

We zijn twee kapotte studenten, dus we hebben ons grotendeels gericht op het vinden van schroot en afgedankt hout rond onze school en alle gereedschappen waren afkomstig uit de makerspace van onze school. We hadden ook geen toegang tot veel metalen materialen (tandwielen, tandheugel, deuvel, enz.) Dus hebben we ze zelf gemaakt van lasergesneden hout. Voor de stukken die we niet konden vinden, kochten we ze op amazon voor een totaal van $ 19,50.

Let op: voor dit project is een laser nodig, denk eraan om er niet direct in de ogen naar te kijken!

Materialen:

• 1/4 in multiplex (x2)
• 1/8 in multiplex (x1)
• Houtlijm (dunne laag)
• 1/2 in houten deuvel (x1)
• 1/2 in Spiegel (x1)
• 1/4 in diameter 2 in lange messing pijp (x1)
• 1/4 in diameter 2 in lange koperen pijp (x2)
• 1/4 in diameter 1,5 in lange messing pijp (x3)
• 1/2 in OD 1/4 in ID Kogellagers (x6)
• 405 nm laserdiode (x1)
• Arduino (x1)
• 24 AWG 6ft draad (x1)
• Fosforescerend poeder (x1)
• Voedingsaansluiting 120 VAC naar 9 V voedingsadapter (x1)
• Elastiekje (x1)
• Joystick 2-assig analoog (x1)
• L298N Motorstuurprogramma (x1)
• 2,5 mm DC-aansluiting (x1)

Gereedschap:

• Lasersnijder
• Schuurpapier
• Zaag
• Heet lijmpistool
• Dode slaghamer
• Soldeerbout
• Oefening
• 3D-printer
• Dremel

Stap 1: lasersnijden van de stukken

Bijgevoegd zijn de twee illustratorbestanden voor alle houten stukken die met de laser moeten worden gesneden en hun namen komen overeen met de houtsoort waarop ze moeten worden uitgesneden (1/4 inch versus 1/8 inch multiplex). Ik heb ook afbeeldingen van de bestanden bijgevoegd. Er zijn eigenlijk meer borgringen dan nodig, maar ze breken af en toe, dus het is altijd leuk om wat extra's te hebben.

Alle lijnen moeten worden gesneden, niet gegraveerd. Zodra ze zijn uitgesneden, gaat u verder met de volgende stap!

Stap 2: Montage van de stukken Pt. 1 basis- en reksysteem

Hierboven zijn afbeeldingen van hoe de stukken samenkomen, evenals een video achter de schermen. De constructie voor deze stap is verdeeld in het eerst construeren van de stukken uit het vorige 1/4 inch illustratorbestand en vervolgens het 1/8 inch illustratorbestand.

1/4 inch sectie ---

Basis: Duw de pluggen door de hoek van de grondplaten en duw de borgringen door de uiteinden van de plug om de grondplaten op hun plaats te houden. Deze basis biedt ruimte voor de Arduino om half verborgen te blijven en biedt ondersteuning voor het canvas van het tekengebied.

Rollagersteun: Lijm de rollagersteun op het 1/8 inch dakvlak van het motorhuis

Lagerconstructie: het bovenste rek wordt op zijn plaats gehouden en verplaatst door een driehoekige opstelling van rollagers die voorkomen dat het roteert terwijl de soepele translatiebeweging behouden blijft. Een afbeelding van hoe de rollagers eruit zien, vindt u hierboven. De diagrammen laten zien hoe de rollagers samenwerken met het rek en waar ze op de machine worden geplaatst. Plaats deze door de gaten van de rollagersteun die je op het motorhuisdak hebt gelijmd

Steunbalken: Gelabeld als "deze zorgen ervoor dat het rek niet wegvliegt" in het kwart-inch bestand, verminderen deze steunbalken wiebelen door de stijfheid van het rek toe te voegen en voorkomen dat overenthousiaste gebruikers stukken van de machine wegvliegen of het verbrijzelen van de glazen spiegel! We hebben houtlijm gebruikt om ze aan het bovenste rek te bevestigen, omdat het stevig moet zijn.

1/8 inch sectie ---

Bodemrek: Het onderste rek is het kortere rek met het gat. Met dit gat kunt u de arduino-draden van onder de gleuf van de bovenste grondplaat en in de motorbehuizing doorvoeren, zodat de draden de motor kunnen bereiken, zelfs als het onderste rek beweegt.

Bovenste tandheugel en rondsel: De bovenste tandheugel is de andere tandheugel (de langere). Een afbeelding van hoe de constructie van het rondsel (een van de gigantische tandwielen) eruitziet en hoe het werkt, is te zien op de foto met de borgringen.

De rest van het 1/8 inch gedeelte (de motorgerelateerde stukken) wordt uitgelegd in de volgende stap…?

Stap 3: Montage van de onderdelen: Pt 2. Motor Stuff

Vervolgens moesten we de motorsteunen en motoren ontwerpen om hem te laten bewegen. Er zijn twee motoren, een voor beweging in de x-as en de andere voor beweging in de y-as.

Twee motorbevestigingen maken: We hebben de middelste motorbevestigingsstukken (die met de zeshoekige gaten) tussen de andere twee geplaatst, die gaten bevatten waar de bouten doorheen passen. Vervolgens hebben we elke motor met schroeven aan elke motorsteun bevestigd. Door de houder en motor op elk oppervlak te lijmen, konden we onze motoren eenvoudig installeren en verwijderen met alleen een inbussleutel. Om over te schakelen van motor naar tandwiel, hebben we een 3D-geprinte askraag gebruikt om te communiceren met het tandwiel met deuvelschacht.

Motorbehuizing: De motorbehuizingsstukken vormen een doosvormige behuizing voor de motor. De rechthoeken met gaten erin zijn de bovenste en onderste stukken (die met meerdere gaten is de bovenkant). De rest van de motorbehuizing bestaat uit de zijkanten die in elkaar passen met behulp van hun groeven + richels. Lijm alle stukjes aan elkaar aan de randen behalve één zijde, omdat je de motor nog steeds erin moet plaatsen en het is gemakkelijker om dit vanaf de zijkant te doen dan van bovenaf.

De motor besturen: om de motoren te besturen, gebruikten we een joystick, Arduino en een aparte motordriver om de motoren aan te drijven. Alles loopt van een enkele 9-volt DC-aansluiting. Om de gewenste beweging te bereiken, moesten we de sterkte van het PWM-signaal aanpassen, zodat het voldoende koppel was om wrijving in de versnelling te overwinnen en te voorkomen dat deze te snel beweegt. De volgende stap beschrijft de Arduino-configuratie en -code…?

Stap 4: Arduino

Dit is de Arduino-code om de positionering van de laser te regelen met behulp van de joystick als invoer. De code is zo geschreven dat elke richting van de joystick een van de motoren bestuurt (de motor die de x-as bestuurt en de motor die de y-as bestuurt). Hierdoor kan de machine bochten en diagonalen tekenen wanneer de joystickpositie zich van de horizontale/verticale as af bevindt.

Stap 5: De joystick

We hebben ervoor gekozen om een joystickbehuizing in PLA in 3D te printen, zodat het comfortabel en natuurlijk aanvoelt voor de gebruiker om vast te houden en te bedienen (hoewel het nog steeds correct kan functioneren zonder een behuizing).

In wezen zijn het twee helften van een ovale behuizing met aan één kant een gat. We hebben de controllerstick erin geplaatst, zodat wanneer de behuizing in elkaar wordt gezet, deze door het gat past zodat de gebruiker ermee kan communiceren. De draden strekken zich uit aan de achterkant van de andere kant van de behuizing en naar de Arduino.

Stap 6: het tekengebied schilderen

Verf het canvas van het tekengebied met het fosforescerende poeder en laat het drogen terwijl je aan de volgende stappen werkt.

? Zorg ervoor dat u het in een zeer hygiënische omgeving bewaart, de eerste keer dat we het poeder aanbrachten, kwamen stof en zaagsel vast te zitten. Het is ook gemakkelijker om het poeder met verf te mengen, zodat het gemakkelijk plakt.

Stap 7: Het laser- en spiegelsysteem

Waarom wijst de laser niet gewoon recht naar beneden vanaf het uiteinde van het bovenste rek?

Brett en ik realiseerden ons al snel dat het plaatsen van de laser direct boven de tekentafel aan het einde van het rek het uiteinde van het rek naar beneden woog, waardoor het bewegingsbereik werd beperkt. In plaats daarvan hebben we besloten ons te laten inspireren door het ontwerp van een lasersnijder. De oplossing: door een spiegel aan het uiteinde van het rek te plaatsen met een kanteling van 45 graden, konden we ervoor zorgen dat de straal direct loodrecht op het oppervlak zou wijzen zonder gewicht toe te voegen naar het einde!

De laser: Monteer de laser en de spiegel voorzichtig. Voer de laserdraden door een gat aan de bovenkant van het dak van de motorbehuizing om verbinding te maken met de batterij. Lus elastiekjes door het andere gat van het dak van de motorbehuizing om de laser op zijn plaats te houden.

De spiegel: de spiegel moet in een hoek van 45 graden worden geplaatst met behulp van de driehoekige kwart-inch stukken. Door de laser parallel aan de grond te monteren, moet de laserstraal van de spiegel reflecteren en de grond direct eronder raken, zelfs als het rek beweegt.

Stap 8: Laatste polijsten

Na testen om er zeker van te zijn dat het goed werkte, hebben we het laatste vlak van het motorhuis gelijmd. Om de visuele aantrekkingskracht van de machine te vergroten, hebben we borgringen aan de onderkant van de pluggen bevestigd. Het had ook een licht functioneel doel, aangezien deze ringen fungeerden als "voeten" voor de machine (in plaats van dat de hele basis de grond raakte), waardoor het gemakkelijker werd om de hele machine op een tafel te verplaatsen. Vervolgens hebben we het product een laatste glans gegeven door al het blootgestelde hout te schuren.

Reflectie: we hebben een geweldige tijd gehad bij het ontwerpen van deze machine en nog beter om ermee te spelen. Ironisch genoeg leken de meest gecompliceerde delen van het ontwerp ons de minste problemen te geven, terwijl de eenvoudigste delen ons de meeste problemen gaven. Als we dit project opnieuw zouden doen, zouden we meer experimenteren met wrijvingsverminderende materialen op de bewegende delen.

We hopen dat mensen net zoveel van dit apparaat genieten als wij en dat het hen inspireert om in de toekomst nog betere versies van dit apparaat te maken.

-Het beste, Justin en Brett

Eerste prijs in de Make it Glow-wedstrijd