Laser CNC para corte e gravação

 (jacquesmattheij.com)
1 pontos por GN⁺ 2024-01-28 | 1 comentários | Compartilhar no WhatsApp
  • Cortadoras e gravadoras a laser CNC de baixo custo agora podem ser compradas por menos de US$ 1.000, mas lasers com potência útil estão mais próximos de equipamentos que exigem reforços de segurança do que de produtos prontos para uso, por causa dos riscos de lesão ocular, incêndio e gases tóxicos
  • A operação segura começa por não usar a estrutura aberta como está: gabinete fechado, exaustão externa, interlock, parada de emergência, estrutura resistente ao fogo, extintor e detecção de incêndio são requisitos básicos
  • A decisão de compra deve se basear não na potência elétrica de entrada, mas na potência óptica real (W), comprimento de onda, estrutura do cabeçote, área de trabalho, air assist, precisão, velocidade de corte e qualidade do gabinete
  • Lasers de diodo são adequados para madeira, papel e algumas gravações de superfície, mas não servem para corte de metal; lasers de fibra são fortes em metais; e lasers de CO2 são mais versáteis, porém mais caros e mais difíceis de manter
  • A qualidade do resultado depende do arquivo de projeto, da conversão para G-Code, do foco e tamanho do spot, da limpeza da lente, do fluxo de ar, da fixação do material e dos testes de potência e velocidade para cada material, por isso são necessários experimentos repetidos para cada máquina

Equipamento cujo ponto de partida é a segurança

  • Cortadoras a laser CNC podem causar lesão permanente ou cegueira por causa da luz concentrada e da fumaça e dos gases gerados durante o corte
  • Não existe “laser seguro” entre os que têm potência suficiente para cortar e gravar de forma útil, e não se deve confiar literalmente em imagens promocionais de fabricantes mostrando estruturas abertas ou uso em ambiente interno
  • Como o risco de incêndio é alto, a regra básica é proibir operação sem supervisão; se o uso parecer pesado demais, um makerspace local com requisitos de segurança adequados pode ser uma escolha melhor

  • Gabinete e resposta de emergência

    • Lasers de estrutura aberta não devem ser usados como estão e precisam operar dentro de um gabinete
    • Isso não muda mesmo que o fabricante mostre fotos ou vídeos de uso em ambiente residencial
    • É melhor não usar em áreas de convivência, e crianças e animais de estimação devem ficar longe do laser em funcionamento
    • O gabinete deve ser ventilado, e o sistema de exaustão precisa dar conta de várias vezes o volume do gabinete por minuto, além do volume de ar injetado pelo air assist
    • A exaustão deve ser filtrada sem vazamentos e enviada para fora, longe de estruturas ocupadas por pessoas
    • Se houver janela, ela deve filtrar o comprimento de onda do laser, e observar por câmera é mais seguro
    • Mesmo que o fabricante diga que ventilação não é necessária, a ventilação do gabinete continua sendo necessária
    • O gabinete precisa de interlock, e quando a porta abrir a máquina deve ser totalmente desativada, como em uma parada de emergência
    • Do lado de fora deve haver um botão de parada de emergência que corte a alimentação de todo o sistema
    • Se possível, também pode ser usada uma barreira óptica que crie um limite inacessível durante a operação
    • O gabinete deve ter estrutura resistente ao fogo, e o piso deve suportar impacto direto contínuo do laser caso o cabeçote pare na posição mais baixa com potência máxima
    • Perto do gabinete é necessário haver um extintor com capacidade suficiente e um sistema de detecção de incêndio

  • Materiais a evitar e proteção dos olhos

    • Alguns materiais não devem ser cortados nem gravados
    • PVC não deve ser cortado nem gravado em nenhuma circunstância, pois pode gerar cloreto de hidrogênio
    • Policarbonato não deve ser cortado nem gravado, a menos que seja possível trabalhar em atmosfera inerte, como nitrogênio
    • Couro não é recomendado por causa do cheiro forte e dos riscos, e mesmo se for usado devem ser evitados materiais curtidos com cromo
    • Os limites seguros de exposição variam conforme o comprimento de onda, e danos por laser podem ser difíceis de perceber no começo porque o cérebro os compensa
    • É preciso adquirir óculos de proteção de alta qualidade adequados ao comprimento de onda do laser em uma fonte confiável
    • Óculos de proteção não substituem o gabinete e devem ser usados sempre que se estiver perto de um laser ligado
    • Não só o feixe direto, mas também a luz refletida pode causar danos graves
    • Lasers visíveis de 380~750nm, especialmente lasers de diodo baratos, podem dar a falsa impressão de segurança só porque o feixe é visível
    • Luz acima de 1mW pode ser perigosa
    • Feixes visíveis podem ser mais difíceis de bloquear e também podem vazar em outras frequências
    • Lasers de fibra que usam IR de 1064nm podem ser extremamente perigosos porque o olho focaliza a luz, mas não há reflexo de piscar ou de desvio
    • Equipamentos de infravermelho distante, como CO2, têm feixe invisível, e os olhos podem ser lesionados antes que a pessoa perceba o dano
    • Todo laser com potência suficiente para cortar e gravar de forma útil deve ser operado dentro de um gabinete, e deve desligar automaticamente quando o gabinete for aberto

O lugar do laser CNC de baixo custo

  • Equipamentos CNC vêm ficando mais baratos desde os anos 1980, mas cortadoras a laser por muito tempo foram caras, fracas, grandes, pesadas e gastavam muita energia
  • Agora já é possível comprar cortadoras e gravadoras a laser CNC funcionais por menos de US$ 1.000
  • Equipamentos baratos não perfuram aço espesso como máquinas industriais, mas funcionam bem para cortar madeira e vários outros materiais, além de gravar textos e imagens em superfícies adequadas
  • A cortadora a laser é uma ferramenta de manufatura subtrativa que remove do material as partes desnecessárias
    • Pode cortar mais profundamente do que uma cortadora de faca rotativa
    • Ao contrário de uma cortadora com matriz, não há custo de setup
    • É relativamente mais barata que um waterjet, embora a borda de corte em materiais inflamáveis possa ficar levemente queimada
    • Ao contrário de uma cortadora a plasma, também pode cortar materiais não condutivos
  • Não funciona como uma impressora 3D, em que a maior parte do material de entrada vira produto; não é raro haver 20~30% de sucata

História e tipos de cortadoras a laser

  • Cortadoras a laser existem desde 1965, mas mesmo em meados dos anos 1980 eram tão caras que raramente eram vistas em campo
  • Os primeiros lasers exigiam óptica precisa enquanto cortavam materiais com densidade de energia muito alta
    • A estrutura fazia o feixe sair de um tubo de quartzo com jaqueta de vidro resfriado a água, atravessar o espaço livre, passar por espelho do eixo X, espelho do eixo Y e lente de foco, até atingir o material
  • Depois surgiram os lasers de fibra, com laser de estado sólido e estágios de amplificação por fibra, permitindo cortes mais eficientes com spot menor
  • Um grande motor da queda de custos foi o laser de diodo fornecido pela indústria de semicondutores
    • Os equipamentos com que usuários hobbyistas ou pequenos negócios têm mais chance de lidar são lasers de diodo e equipamentos industriais de porte menor e mais leve

Especificações para conferir antes da compra

  • Ao escolher uma cortadora a laser, é preciso considerar em conjunto potência óptica, estrutura do cabeçote, comprimento de onda, área de trabalho, air assist, precisão, velocidade de corte, gabinete e tipo de laser
  • Equipamentos no mercado em geral são fabricados na Ásia, com grande variedade na presença ou qualidade do gabinete e na potência
  • Lasers de diodo baratos podem servir como ferramenta prática, mas do ponto de vista da segurança não podem ser usados como vêm de fábrica, então é mais realista tratá-los como kit ou ponto de partida

  • Potência óptica e estrutura do cabeçote

    • A potência de uma cortadora a laser deve ser avaliada pela potência óptica em W
    • Alguns fabricantes anunciam a potência elétrica de entrada para fazer o equipamento parecer mais potente do que realmente é
    • Mesmo quando indicam a potência óptica, fabricantes de lasers de diodo baratos às vezes exageram
    • Lasers industriais tube ou de fibra na faixa de milhares de W podem cortar cerca de 10mm de aço carbono, mas um laser de diodo de entrada na faixa de 40W não é adequado para corte de metal
    • Um laser de 5W dificilmente corta muito e, quando corta, é lento
    • O cabeçote de laser de diodo é composto por um ou mais diodos laser, espelhos e lentes para combinar o feixe, e uma lente de foco
    • Com a mesma potência, quanto menor o número de diodos, menor o spot e mais concentrada a potência, mas os diodos podem aquecer mais e ter vida útil menor
    • Cabeçotes de corte potentes normalmente têm ventoinha de resfriamento, e se ela entupir ou falhar o cabeçote pode se danificar rapidamente
    • Quanto maior a potência, mais profundo ou mais rápido será o corte, e também será possível cortar materiais que antes não eram cortáveis
    • Um cabeçote com arranjo de 6 diodos mostrou desempenho apenas cerca de 3 a 4 vezes melhor que um diodo único de 5W, e também apresentou mais spillover ao redor da borda do corte
    • O tamanho do spot afeta diretamente a largura do corte e o overspill
    • O kerf de superfície de um laser de diodo pode ser de cerca de 0,4mm
    • Em encaixe por pressão, uma compensação de cerca de 0,1mm pode gerar atrito mesmo sem cola
    • Um cabeçote nominal de 30W conseguiu cortar madeira macia de 18mm e compensado à base de madeira macia, em boas condições, a cerca de 250mm/min

  • Equipamento industrial usado como alternativa

    • Para quem vai começar com objetivo comercial, equipamentos industriais usados de fibra ou CO2 também podem ser uma alternativa
    • Equipamentos industriais não são para hobby: são pesados, grandes e consomem muita energia, mas a produtividade supera com folga a dos equipamentos hobbyistas
    • Avaliar equipamento usado exige conhecimento especializado, e peças e serviço podem custar caro
    • Pode fazer sentido primeiro ganhar experiência e amadurecer projetos com um laser de diodo barato e, no longo prazo, ver o equipamento industrial como investimento melhor

Comprimento de onda, área de trabalho, ar e precisão

  • Características por comprimento de onda

    • O comprimento de onda do laser é a característica que define a cor, e os lasers de diodo normalmente ficam na faixa visível violeta a azul de 400~470nm
    • Alguns materiais absorvem bem esse comprimento de onda, mas outros o refletem, de modo que a maior parte da potência não é absorvida pela peça
    • Comprimentos de onda mais longos tendem a ser mais adequados para materiais difíceis, como metal, mas não existem lasers de diodo capazes de cortar metal de forma estável ou em espessuras úteis
    • Lasers de fibra normalmente operam na faixa infravermelha a infravermelho médio de 780~2200nm e são adequados para corte de metal
    • Lasers de CO2 usam 9.3~10.6µm, um comprimento de onda muito maior que o de lasers de fibra ou de diodo
    • Lasers visíveis baseados em diodo são, em alguns aspectos, mais perigosos que lasers IR industriais
    • Normalmente são enviados sem enclosure
    • Não há interlock que desligue o laser mesmo se o usuário acessar o interior
    • O feixe visível é difícil de bloquear e pode vazar para outros espectros
    • Se usar uma cabeça infravermelha, é preciso um equipamento com visible pilot laser para saber a posição do feixe

  • Área de trabalho

    • Uma área de trabalho grande permite peças maiores e trabalhos mais longos, além de reduzir desperdício com nesting
    • O equipamento de exemplo usa uma área de trabalho de 61×61cm, tamanho de máquina de 70×80cm e um enclosure de 1m×84cm com mais de 1m de altura
    • É difícil usar 100% da área de trabalho total
    • Parte da área se perde por causa de fixações, endstops, framing e prevenção de corte no ar perto das bordas
    • Em um eixo, quase toda a área pode ser usada, mas no outro muitas vezes se perde uma parte lateral

  • Air assist

    • Em uma cortadora, air assist é praticamente indispensável
    • Em equipamentos de 20~40W, normalmente usa-se algo em torno de 10~15L/min
    • O air assist remove fragmentos de material já atingidos pelo laser, permitindo cortar mais fundo
    • Se houver ar demais, a peça pode esfriar mais rápido do que o laser consegue aquecê-la, gerando o efeito oposto

  • Precisão e velocidade

    • Uma cortadora a laser comum pode ter precisão de cerca de 0.1mm, algo muito alto nesta faixa de preço
    • A precisão de repetição depende de como os motores acionam o gantry e a cabeça
    • Normalmente ela desliza sobre rolamentos e se move com correias e engrenagens de motor
    • Em geral, os motores são steppers, não servos, então a perda de passos pode arruinar imediatamente a peça
    • Como não há força de reação da ferramenta, o problema de perda de passos pode ser menor do que em uma fresadora
    • A máquina precisa ser montada em esquadro e instalada nivelada para que a profundidade de corte e a penetração sejam consistentes em toda a área de trabalho
    • A velocidade de corte é limitada principalmente pela potência da cabeça do laser, enquanto a velocidade de deslocamento é afetada pelo peso do gantry no eixo Y e da cabeça no eixo X, pelo tamanho do motor de passo, pela estabilidade da alimentação e pelo atrito

Instalação e software de operação

  • Requisitos de instalação

    • A cortadora a laser deve ser instalada obrigatoriamente dentro de um enclosure
    • O processo de corte não é limpo e às vezes produz muita fumaça, que pode ser muito prejudicial à respiração
    • Equipamentos com air assist precisam de admissão de ar limpo para reduzir a contaminação do sistema óptico
    • A janela do enclosure deve permitir ver o interior, mas bloquear uma grande parte da luz do laser
    • Abaixo da área de trabalho deve haver uma estrutura resistente a fogo, e deve existir um meio real de apagar incêndio
    • Em uma emergência, deve ser possível cortar rapidamente a energia mesmo que a peça seja perdida; pode-se usar um grande botão vermelho tipo mushroom switch ou uma régua de energia com interruptor
    • Cortar PVC é absolutamente proibido devido ao risco de gases tóxicos, corrosão e ferimentos graves ou morte

  • G-Code e software de controle

    • A maioria dos lasers se comunica com o computador host via serial-over-USB, e a linguagem de controle é G-Code
    • G-Code é amplamente usado para controlar equipamentos de fabricação como tornos, fresadoras, cortadoras a laser e furadeiras de coordenadas
    • Como escrever G-Code diretamente é trabalhoso, normalmente usa-se software de projeto junto com software de conversão para G-Code
    • Exemplos de software voltado ao consumidor:
    • Há uma mistura de produtos gratuitos e comerciais, e a escolha deve considerar fluxo de trabalho, suporte a formatos de arquivo, presença de erros de importação e testes por material e espessura

  • Compensações de corte que o software deixa passar

    • Os softwares de driver de laser verificados deixavam passar parte do know-how de campo e também tinham bugs sutis
    • A compensação de raio é um recurso que desloca o caminho em metade da largura do feixe para aumentar a precisão
    • Curvas externas devem ser compensadas para fora, e curvas internas para dentro
    • Mas o software pode confundir o lado de dentro com o de fora
    • A forma correta é aplicar offset na direção do scrap, mas o arquivo de entrada nem sempre contém informação de scrap
    • Ao perfurar material espesso, usa-se um método que começa na área de scrap e entra em espiral até a borda da peça, fazendo o laser atingir a peça sempre em movimento
    • Se o spot for assimétrico, é preciso cortar mais devagar em certas direções para obter resultados consistentes
    • Como a maioria dos softwares não consegue ajustar a velocidade por direção, acaba-se reduzindo tudo para a menor velocidade capaz de perfurar em qualquer direção
    • Nesse caso, a velocidade de corte cai e a precisão em um dos eixos pode ser perdida

Ferramentas de projeto e formatos de arquivo

  • Para cortar material, primeiro é preciso um projeto, que pode ser criado do zero, comprado ou obtido pela modificação de um design ou artwork existente
  • Também existem geradores gratuitos de projeto para cortadoras a laser que criam padrões personalizados automaticamente
  • A ferramenta de projeto varia conforme o perfil do usuário
    • Se tiver perfil artístico, um programa de desenho
    • Se for engenheiro, CAD
    • Se for programador, uma ferramenta de parametric design pode ser a ideal
  • Ferramentas de exemplo
    • Interactive CAD: Tinkercad, Rhino, Blender, AutoCad, Sketchup
    • Drawing: Gimp, Inkscape, PhotoShop, Illustrator
    • Parametric CAD: SOLVESPACE, OpenSCAD
  • Como formatos intermediários para corte, SVG, DXF, JPG são comuns
  • É importante saber se o software de driver do laser consegue importar com precisão, sem conversão, o formato exportado pelo software de projeto
  • Recursos de design

Adequação por material e testes

  • Os resultados de corte e gravação variam muito, de excelentes a inutilizáveis, dependendo da potência da máquina, da velocidade de deslocamento, do estado do sistema óptico e do estado do material
  • Materiais novos não devem ser cortados se não houver 100% de certeza de que são seguros, e antes é preciso verificar a ficha de segurança e pesquisar se vale a pena tentar e quais são os riscos
  • Softwares como o LightBurn oferecem a função de cupom de teste de material, e a maioria dos drivers de laser também oferece algo semelhante

  • Madeira

    • Madeira é um bom material para corte a laser
    • Lasers de potência intermediária conseguem cortar alguns mm de madeira com relativa facilidade, e com potência mais baixa o processo fica mais lento e a chance de chamuscado aumenta
    • Lasers de diodo cortam bem até madeiras macias mais espessas, mas têm dificuldade com hardwood de alta densidade
    • engineered wood exige mais responsabilidade no tratamento da fumaça, porque o adesivo evapora junto
    • Se você não gostar das bordas escuras no corte, pode fazer a peça cerca de 0.1mm maior e lixar depois
    • Madeira cortada pode manter cheiro de queimado por muito tempo
    • Isso pode ser reduzido com lixamento, pintura, verniz e sandblasting leve
    • O cheiro pode levar até alguns meses para desaparecer
    • Compensados usam tipos diferentes de cola, e se houver uma linha preta fina entre os ply, pode ser phenolic resin, o que pode dificultar mais o corte

  • Teste de madeira com base em uma cortadora nominal de 30W

    • Compensado de bétula
      • 2.6mm: 60% de potência, 700mm/min, 1 pass
      • 4.1mm/5.5mm: 60% de potência, 450mm/min, 1 pass
      • 7.8mm: 60% de potência, 200mm/min, 1 pass
      • 11.8mm: 60% de potência, 150mm/min, 1 pass
      • 18mm: 80% de potência, 300mm/min, 3 pass
    • MDF
      • 3.2mm coated: 80% de potência, 500mm/min, 1 pass
      • 9mm: 80% de potência, 200mm/min, 1 pass
    • Hardwood ply
      • 3.7mm: 70% de potência, 200mm/min, 1 pass, não é um corte limpo
      • 3.7mm: 50% de potência, 600mm/min, 4 pass, mais limpo, mas com um pouco mais de chamuscado na parte superior
      • hardwood ply mais espesso tem resultados muito ruins e não serve para uso
    • Hardboard
      • 3.4mm: 60% de potência, 450mm/min, 1 pass

  • Papel, tecido e couro

    • Papel e papelão ondulado cortam bem, e é possível usar alta velocidade de corte
    • O air assist deve ser desligado, pois pode soprar o material
    • Se ficar muito lento, o chamuscado nas bordas aumenta bastante
    • Também pode ser possível empilhar várias folhas e cortar tudo de uma vez
    • Papelão ondulado de embalagem de 3 camadas e 5.7mm é cortado com 60% de potência, 1000mm/min, 1 pass
    • Fibras orgânicas em geral funcionam bem, mas fibras sintéticas podem derreter, não cortar de forma limpa e ficar difíceis de remover da mesa
    • Corte e gravação em couro não são recomendados
    • O resultado não fica muito bonito e o cheiro é muito forte
    • Couro curtido ao cromo pode liberar vapores muito tóxicos

  • Metal e gravação de superfície

    • Cortar metal com laser de diodo não funciona bem, a menos que o metal seja muito fino
    • Com uma cabeça laser de 455nm, todos os testes de corte de metal falharam, e o melhor resultado foi apenas uma leve descoloração em aço inoxidável na potência máxima
    • Para corte de metal, o ideal são lasers fiber de vários kW, mas eles são caros, grandes, exigem alimentação trifásica e, em áreas residenciais, podem até exigir autorização por causa dos vapores metálicos
    • Alumínio anodizado pode ser bem gravado
    • O processo evapora a camada superficial e expõe o metal nu por baixo
    • O corte de aço inoxidável é difícil com sistemas de diodo, mas a gravação pode ser possível
    • Se aplicar Dykem Red engineering marking fluid, gravar e depois limpar com IPA, fica uma marca vermelha permanente

  • Plástico, policarbonato e outros

    • Acrílico ainda não foi testado
    • Policarbonato não pode ser cortado com segurança com lasers de diodo baratos e sistemas baseados em ar
    • A maioria dos plásticos e o PVC não devem ser cortados a laser
    • Eles podem liberar vapores extremamente tóxicos
    • A peça pode grudar na mesa ou pegar fogo
    • Pedra e cerâmica devem ser testadas em breve
    • Delrin/Acetal é caro e ainda não foi testado; o texto relacionado da Hackaday sugerido é Drawbacks of Lased Delrin and How to Slip Around Them

Dicas práticas e manutenção

  • Cortando materiais espessos

    • Cortar material espesso em vários pass perde eficácia depois de 2 ou 3 vezes
    • O feixe se espalha dentro do sulco de corte e quase não entrega potência nas partes mais profundas
    • Ele acaba atingindo mais as laterais do que o fundo
    • Se virar o material e cortar o padrão espelhado pelo lado oposto, é possível praticamente dobrar a profundidade de corte viável
    • O alinhamento pode ser ajudado com pilot hole e fixture
    • Se você inserir dois ou mais pinos e fizer com que as posições se invertam ao virar a peça, dá para manter o alinhamento
    • No segundo pass, o padrão deve ser espelhado

  • Laminação

    • Ao cortar várias chapas finas com o mesmo padrão e colá-las sob pressão, é possível criar peças mais espessas do que a máquina faria diretamente
    • Dá para empilhar peças finas e fazer componentes como hardwood gear
    • Também é possível criar efeito 3D deslocando ou girando as camadas de propósito, ou cortando em slicing numa direção e depois colando
    • Adicionar registration hole e hardwood dowel melhora o alinhamento das camadas, a resistência e a precisão
    • O dowel deve ser um pouco mais curto que a espessura total para permitir pressão suficiente durante a colagem

  • Gerenciamento de ar e do sistema óptico

    • A air pump fornecida de fábrica pode ser fraca, e um shop compressor de entrada pode ser melhor
    • O ar deve ser seco e sem óleo
    • Não se deve aumentar demais para não soltar a mangueira nem quebrar o sistema óptico
    • Uma cabeça laser comum consegue usar cerca de 10~30L/min de ar
    • Existe uma vazão de ar ideal para cada combinação de cutter/material/potência
    • Ar demais resfria demais o material, e ar de menos não remove bem os resíduos do corte
    • Sujeira na lente pode reduzir a potência de corte após apenas algumas horas de trabalho
    • Antes de um trabalho grande, vale a pena limpar o sistema óptico, o que normalmente leva menos de 5 minutos
    • Se a lente não for limpa periodicamente, depósitos de fumaça podem se fundir ao vidro e causar dano permanente
    • Em casos graves, esses depósitos podem gerar aquecimento e resfriamento desiguais e quebrar a lente
    • A lente deve ser limpa com pano para limpeza de lente; para sujeira pesada pode-se usar álcool e, como último recurso, acetona
    • Antes de remontar, a lente deve estar totalmente limpa e seca

  • Fixação do material e redução de chamuscado

    • Materiais leves podem se mover por causa do air assist ou de impactos no gabinete, e mesmo pequenos deslocamentos podem arruinar a peça
    • Fixar o material na mesa com dispositivos como tie-down pin impressos em 3D também ajuda a manter o foco constante
    • Se a air hose dobrar, se o bico entupir com depósitos de carbono ou se a entrada da bomba entupir, o fluxo de ar pode diminuir ou parar
    • Sem o O-ring do bico, o ar pode escapar para cima em vez de ir para baixo
    • Se o acabamento superficial for importante, usar painter’s tape ou transfer tape pode fazer o chamuscado ficar na fita
    • Em materiais que não podem ser gravados diretamente, a parte removida da transfer tape pode ser usada como stencil para aplicação por spray
    • Superfícies reflexivas podem se beneficiar de um coating fosco, que ajuda na absorção de energia para corte e gravação

  • Verificação de correias e parafusos

    • As correias de cortadoras a laser de diodo podem alongar e escorregar com o tempo, então devem ser reapertadas periodicamente
    • Isso vale especialmente para as correias que movem o gantry, já que elas ficam acelerando e desacelerando massa o tempo todo
    • Se aparecer um pequeno squiggle vertical no início do movimento no eixo Y, pode ser sinal de overshoot ou undershoot
    • Se um set screw afrouxar, o desgaste do eixo e a folga podem aumentar, então é bom verificar a cada poucos meses ou sempre que houver suspeita de problema

Recursos online

Leituras relacionadas

1 comentários

 
GN⁺ 2024-01-28
Opiniões do Hacker News

  • Para quem tiver interesse, projetei um cortador a laser grande, de 60×78 polegadas, voltado para cortar tecidos de costura. É um projeto de baixíssimo custo que pode ser construído por algumas centenas de dólares; o gantry é removível e a base é de compensado fino, então, se você cobrir com um tapete quando não estiver usando, ele quase não ocupa espaço extra em um apartamento.
    O conceito funciona, mas no meu caso o gantry às vezes prende um pouco e perde passos, então precisa de melhorias. Por ora, basicamente engavetei o projeto, mas espero que sirva de inspiração para versões futuras: https://github.com/tlalexander/large_format_laser_cutter
    Nunca cheguei a terminar o vídeo do YouTube, mas há um vídeo inacabado, sem narração e sem a edição da parte final, que mostra o sistema em funcionamento e alguns detalhes adicionais: https://github.com/tlalexander/large_format_laser_cutter/iss...
    Em especial, o projeto inclui um scanner de moldes baseado em Raspberry Pi, que pode ser usado para escanear roupas e copiá-las, ou para escanear moldes de costura em papel e fazer ajustes manuais no Inkscape

    • Legal; posso colocar um link para este projeto no artigo?
    • Como há um laser de alta potência envolvido, fiquei curioso para saber quanto pensamento e custo foram dedicados ao aspecto de segurança
    • Projeto realmente incrível, obrigado por trabalhar nele. Fiquei curioso para saber se existe uma lista de tecidos que ele consegue cortar. Dá para presumir que fibras sintéticas estão fora de questão?
    • O gantry prender provavelmente se deve ao fato de os dois motores às vezes se moverem de forma ligeiramente diferente
    • Você já pensou em adicionar uma câmera perto do feixe para rastrear a linha de corte como se fossem marcas de registro, mantendo a área de corte pequena, mas reposicionando-a para cortar com precisão uma forma maior como um todo?

  • Não concordo com a afirmação de que “lasers de diodo são um pouco mais seguros para pessoas sem treinamento especial, porque o feixe é visível”. Tanto lasers de diodo quanto lasers de tubo podem causar cegueira instantânea.
    Lasers de diodo ficam na faixa da luz visível, então exigem materiais de blindagem específicos que bloqueiem aquela faixa visível em particular, o que na verdade os torna mais difíceis de bloquear. Além disso, muitos produtos vazam em outras frequências, o que complica ainda mais.
    Já os tubos de CO2 são mais simples. Existem plásticos comuns que deixam passar a luz visível, mas bloqueiam o comprimento de onda infravermelho emitido por tubos de CO2, então a escolha do material de blindagem é muito mais fácil.
    Nenhum laser de corte deve ser operado sem enclosure e óculos de proteção, e isso é muito mais fácil de implementar com lasers de CO2

    • Concordo. Esse é um conselho realmente perigoso. Sistemas de CO2 são relativamente seguros do ponto de vista de danos aos olhos. Desde que você não seja atingido diretamente, 10,6 μm é fortemente absorvido pelo olho e pode causar danos térmicos superficiais, catarata ou queimaduras na córnea, mas não é focalizado na retina, então a probabilidade de perda grave de visão é baixa.
      Óculos de proteção de policarbonato têm densidade óptica muito alta em 10,6 μm, tornando-se um equipamento de proteção adequado.
      Lasers de diodo de luz visível são muito piores. A potência costuma ser menor, mas eles são fortes o bastante para que apenas olhar para uma reflexão difusa possa gerar uma densidade de potência perigosa na retina. O cérebro esconde bem esse tipo de dano, então você pode não perceber até ser tarde demais.
      Lasers de fibra de 1,064 μm combinam o pior dos dois lados. A potência é muito alta, eles são invisíveis, então você não sabe quanto vazamento há nem se está olhando para uma reflexão, e os óculos de proteção são caros e difíceis de verificar.
      Eu gosto de fazer coisas com lasers de alta potência, mas considero uma sorte ter recebido bastante treinamento de segurança com laser antes de comprar minha primeira fonte de laser grande
    • Exato. 100% correto, e minha formulação foi descuidada e poderia colocar em risco quem opera o equipamento. Se você consegue ver o feixe, provavelmente já é tarde demais. Você não deveria estar, para começo de conversa, em uma posição em que isso pudesse acontecer.
      Atualizei o texto com uma formulação melhor e também incluí este comentário como referência. Eu ficaria muito grato se você pudesse dar uma olhada e dizer se há mais algo a corrigir
    • É difícil entender como tantos lasers de diodo hobby sem nenhum enclosure ou sistema de exaustão são vendidos. Isso acaba levando as pessoas a achar que esses equipamentos são opcionais, mas definitivamente não são
    • Lasers infravermelhos são muito mais seguros. Como o olho não tenta focalizar automaticamente o feixe, há também uma pequena rede de segurança contra fazer um buraco limpo na fóvea.
      Ainda assim, também é útil conseguir ver a posição do feixe; então uma forma de fazer isso é combinar um laser vermelho/verde de baixa potência com o feixe de corte. Dá para fazer isso de maneira simples, até prendendo um único cabo de fibra óptica ao lado da cabeça de corte principal
    • Não é que eu saiba muito sobre o assunto, mas, pelo que sei, lasers de 1 mW ou menos são considerados seguros pelo reflexo de piscar, no sentido de que, se você piscar rapidamente, consegue evitar dano permanente.
      Isso não se aplica a lasers de corte com essa potência

  • O texto fala de precisão, mas isso se refere à precisão de posicionamento e não aborda a repetibilidade. Sem repetibilidade, a precisão em geral é praticamente inútil
    Além disso, muitas vezes é informado um valor de precisão unidirecional, que não reflete a folga no posicionamento, muito menos a repetibilidade
    Dá para pensar mais ou menos assim: a precisão unidirecional é onde a máquina chega quando você comanda, a partir de 0, uma determinada posição; a precisão bidirecional é onde ela chega quando vai de 0 até uma posição e depois você comanda uma posição no sentido oposto; repetibilidade é repetir o movimento saindo de 0 e voltando para 0, comparando os resultados
    Se você olhar apenas para a posição comandada a partir de 0 em uma direção, é bem provável que a precisão seja menor que 0,1 mm
    Mas, para saber se isso será verdade repetidamente, falta não só o tipo de acionamento, mas também o que está sendo acionado. É preciso ver se é fuso trapezoidal, fuso de esferas, cremalheira e pinhão, ou nada disso
    Se não houver nada disso, tanto um motor de passo sozinho quanto a combinação de motor de passo e correia acumulam erro por folga, gerando problemas de repetibilidade
    Usar uma correia adequada, uma caixa de engrenagens etc. pode reduzir bastante a folga. Mas, mesmo nessa faixa de preço, para que a precisão não deixe de ser útil, parece necessário algum mecanismo que garanta repetibilidade, como cremalheira e pinhão helicoidais ou fuso de esferas

    • Fico curioso sobre como enxergar os motores lineares magnéticos, como os que parecem estar no novo Peoploly Magneto X. Eles ajudariam a reduzir muito a folga?
      Além disso, eu esperaria que a precisão fosse apresentada em relação a um ponto de referência fixo, combinando todos os cenários de repetibilidade descritos em um único pior caso, isto é, um valor que o erro não ultrapassa
      Gostaria de saber se baixa precisão, mas alta repetibilidade, significa que o resultado pode ser conceitualmente bom, apenas com um deslocamento constante, ou se significa que, em escalas menores que a precisão especificada, surgem bordas irregulares, artefatos e partes cortadas de menos ou de mais, como em um canto onde linhas de corte abordadas por extremidades diferentes se encontram
    • Bons pontos
      Mas esses problemas estão mais para a etapa seguinte. Em lasers e impressoras 3D, o cabeçote é leve e quase não encontra resistência, então dá para obter resultados mesmo com um controle de motor de passo bem frouxo
      Não está errado. Mas, ao começar em CNC, há uma montanha de coisas a aprender. Comprar uma máquina barata para entender, mexer e melhorar a repetibilidade é, por si só, uma forma de ganhar habilidade. Do ponto de vista do DIY como hobby, isso é natural
      Mesmo sem uma boa máquina, dá para produzir peças usando uma cadeia de ferramentas como Fusion 360 ou OpenSCAD
      Se você tiver dinheiro suficiente, pode pular boa parte desse sofrimento de ajustar a máquina, e equipamentos de nível profissional parecem mesmo mágica. Eu sou mais do tipo que começa mexendo e aprendendo e, se parecer divertido, aumenta em 10 vezes o investimento no hobby
      Quem pretende montar um negócio com cortadora a laser precisa saber do que foi tratado aqui. Usuários hobbyistas primeiro precisam não morrer por causa dos gases tóxicos liberados por couro curtido, e decidir se querem fabricar coisas ou mexer na máquina. As duas opções são totalmente válidas
      O ponto principal é que concordo com todos os pontos. Também é bom avisar sobre as dores de cabeça que uma máquina barata pode trazer. Mas máquinas baratas também podem ser bem divertidas, e no fim tudo depende do que você quer
    • Essas máquinas de baixo custo não têm cremalheira e pinhão nem fuso de esferas. Nesse orçamento, isso é inviável desde o início e, mesmo que fosse possível, a máquina ficaria pequena demais e quase inútil
      Dá para adaptar isso em uma máquina existente, mas, ao terminar, provavelmente vai custar mais do que a máquina original, e a melhoria talvez mal seja perceptível. Também seria possível acrescentar servos, compensação de foco e eixo Z móvel, mas aí sairia da faixa de preço de hobby
      Essas máquinas de estrutura aberta em alumínio não miram uso industrial, então as expectativas também devem ser baixas. Elas nem compensam a dilatação térmica da estrutura
      A qualidade das correias costuma ser bastante boa. Ao contrário do que foi afirmado, acionamento por correia não acumula folga. Existe folga, mas ela em geral é constante desde que não se percam passos, e, em condições normais, não deveria perder passos. Como há componentes de kevlar, o problema de alongamento que pode ocorrer em correias mais baratas também é bastante reduzido
      O gantry é movido por dois motores de passo, ou há um eixo transversal que aciona uma engrenagem passiva do outro lado. Não é perfeito: se o eixo for comprido, pode haver torção e, ao se mover rapidamente, um lado pode atrasar um pouco ou pode aparecer overshoot em paradas bruscas
      Mesmo assim, em velocidades muito altas e após centenas de repetições, ainda não vi folga ou jogo que eu conseguisse observar ou medir com as ferramentas que tenho. Com um bom micrômetro, vi que o erro de posição ao parar depois de se mover centenas de metros ficou abaixo de 0,1 mm, e o erro de posição entre a origem e pontos arbitrários da máquina também estava dentro da tolerância
      O que é perceptível na prática é que, por causa da estrutura aberta, a máquina não sai de fábrica perfeitamente no esquadro, e é preciso gastar um bom tempo para alinhá-la corretamente
      Não tenho interferômetro, mas, se conseguir pegar um emprestado, pretendo fazer medições. Mesmo os testes simples atuais mostram que a máquina é suficientemente útil e tem boa precisão dimensional, a ponto de quase não haver motivo para terceirizar com uma empresa profissional de corte a laser
      Se a ideia for cortar metal, a conversa muda, mas é claro que não se faz esse tipo de trabalho com laser de diodo. Mesmo em corte de chapas, as tolerâncias de peças grandes são diferentes das de uma fresadora ou de um torno. Com uma máquina dessas, você não vai fazer um eixo para encaixe por pressão nem cortar uma engrenagem com dentes de 1 mm
      Se você precisa desse nível de precisão, esta não é a ferramenta certa, e o corte a laser em si também não é o processo adequado. Se quiser esse tipo de precisão em chapa metálica, o correto provavelmente seria usar fresagem ou criar uma máscara por processo fotográfico e depois fazer corrosão química
      Para trabalhos com madeira, papelão ondulado e tecido, a precisão oferecida por essas máquinas de baixo custo é suficiente

  • Faltam no texto alguns pontos de segurança
    É preciso comprar óculos de proteção para laser adequados ao comprimento de onda do laser em uma fonte confiável e usá-los sempre que a máquina estiver energizada
    Também é necessário ter um meio fácil e rápido de cortar a alimentação do laser em caso de incêndio. Pode ser um botão de parada de emergência ou uma tomada com interruptor
    E nunca corte PVC. Isso gera gás cloro, que pode ferir ou matar você, ou então corroer a máquina

    • Se a máquina tiver um invólucro adequado e intertravamentos, talvez os óculos de proteção para laser deixem de ser necessários
      Além disso, é melhor não tentar cortar compensado com resina fenólica. Não tenho certeza de quão perigosos são a fumaça e os resíduos, mas o principal risco provavelmente é o formaldeído e, acima de tudo, resina fenólica não corta bem. Pelo menos em laser de CO2 é assim; não sei se laser de diodo se sai melhor
      O método que funciona bem para mim é olhar a borda do compensado. Se houver linhas pretas finas entre as camadas, é bem provável que seja fenólico, e, ao cortar, ele ficará tomado de fuligem

  • Como material complementar a um excelente resumo sobre corte a laser, recomendo o Guerrilla Guide to CNC: https://lcamtuf.coredump.cx/gcnc/
    Foi a melhor referência sobre CNC/impressoras 3D para produção em pequena escala que já li. Se você gostou do texto original, provavelmente vai gostar deste também

  • O espaço precisa obrigatoriamente ser bem ventilado
    https://www.theregister.com/2017/01/30/berkeley_maker_couple...

    • Foi um caso horrível e, sim, essa parte foi abordada. Sem ventilação, considero que um cortador a laser não é totalmente seguro nem utilizável
      Parecia familiar: https://news.ycombinator.com/item?id=13507734
      No fim, descobriu-se que foi intoxicação por CO2
    • Também é preciso ter equipamentos de extinção e detecção

  • O que é realmente difícil de ignorar no corte a laser é o cheiro. Por exemplo, se você corta enfeites de Natal, o cheiro acre de madeira queimada fica por quase uma eternidade
    Se houver uma peça de madeira cortada a laser, esse é o primeiro cheiro que você percebe ao entrar no cômodo. Existe alguma boa dica para evitar isso?

    • Sim. Dá para perceber quando há peças cortadas a laser, e “eternidade” é algo mais próximo de alguns meses. No fim, o cheiro desaparece
      Sou especialmente sensível a cheiro de queimado, então no começo isso foi um problema de verdade
      Como solução, dá para fazer as peças um pouco maiores e depois lixar para remover as bordas carbonizadas, aplicar verniz ou tinta para que a madeira carbonizada não solte cheiro, ou fazer um jateamento leve nas peças. Só que verniz e tinta não aderem bem às bordas carbonizadas
    • Arrumei uma lixeira com tampa para colocar peças pequenas e deixei um aspirador de oficina por perto para limpar a bandeja de suporte do laser depois de cortar algo com cheiro forte
      Também fiz upgrade do exaustor para que nada volte para dentro do cômodo. Uso uma ventoinha DC de velocidade variável, deixo em baixa rotação depois de cortar algo cheiroso e faço a exaustão para fora até o cheiro sair
      O problema de cheiro foi pior quando usei madeira barata da Home Depot. Ao trocar para compensado de bétula báltica de verdade, o cheiro diminuiu, então acho que havia produtos químicos no material anterior
      Acrílico também cheira, mas o cheiro some rápido
    • É importante usar compensado próprio para laser. Muitas vezes o cheiro vem mais da cola do que da madeira
      Air assist também faz uma grande diferença, assim como usar uma fonte de laser bem focalizada e com boa qualidade de feixe. Se ainda assim não resolver, dá para tentar selar com goma-laca ou poliuretano

  • Esta área vem crescendo nos últimos anos, especialmente o texturização a laser com laser de femtossegundos. Coisas que eram lasers de laboratório há 10 anos agora estão sendo instaladas nos pórticos de máquinas CNC padrão
    Infelizmente, o que parece faltar no mercado de máquinas CNC a laser avançadas é software, e também não existe a separação entre programação CAM e execução que há nas fresadoras
    Não há um equivalente ao G-code que possa ser gerado em qualquer software e executado em várias máquinas. Pelo modo de processamento, em alguns casos isso rapidamente ultrapassaria até grandes quantidades de RAM, tornando-se inviável

    • Trabalho com marcação/gravação a laser e discutimos G-code internamente, mas no fim não adotamos porque não servia para o produto. Havia parâmetros demais do laser e muitos elementos dinâmicos, como QR codes
    • Fico curioso para saber qual seria o problema de simplesmente usar software CAD/CAM existente e G-code

  • Se você trabalha com corte a laser CNC como negócio e usa um cortador a laser de CO2 grande, acaba gastando muito dinheiro trocando continuamente os tubos de laser de CO2. Mesmo que o tubo esteja intacto, o gás se degrada com o uso intenso
    O motivo de não ser possível simplesmente recarregar o gás é que a mistura exata de gases que produz um tubo de laser estável e confiável foi apropriada como segredo comercial há muito tempo
    Por causa desse único segredo industrial, inúmeros tubos viram lixo e são fabricados em quantidade muito maior do que seria necessário. É um exemplo clássico de como a monopolização do conhecimento científico leva a um desperdício desnecessário considerável

    • Então qual é essa mistura?

  • O bom do corte a laser é que o formato do desenho é SVG, então é muito fácil escrever geradores parametrizados na linguagem de programação que você quiser
    Isso também facilita conectar objetos físicos a aplicativos maiores. Dá para vincular a coisas como visualização 3D da saída prevista ou instruções de montagem, mantendo tudo parametrizado
    Estou projetando algumas coisas com Observable notebooks: https://observablehq.com/d/1117987aeab1be0d

    • Geração parametrizada de SVG é uma ferramenta realmente boa para ter na caixa de ferramentas. https://festi.info/boxes.py/ também faz mágica da mesma forma