Sistema CNC láser de 10x10 para el grabado de piezas pequeñas, Guías, Proyectos, Investigaciones de Programación Avanzada de Informática

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Título: CNC Láser

Contenido

Objetivo:

El objetivo principal de este proyecto es diseñar, construir e implementar un sistema de CNC láser de 10x10 para el grabado de piezas pequeñas. Este sistema estará destinado a proporcionar una solución eficiente y precisa para la personalización y marcado en una variedad de materiales, incluyendo madera, acrílico, cuero y metal ligero. Objetivos específicos:  Desarrollar un sistema de control integrado que permita la operación precisa del CNC láser.  Diseñar y construir una estructura robusta y segura para la máquina, que garantice la estabilidad durante el proceso de grabado.  Integrar un software de diseño y control que facilite la creación y manipulación de los patrones de grabado, así como la gestión eficiente de los trabajos.

Justificación

El desarrollo de un CNC láser de 10x10 para el grabado de piezas pequeñas responde a una demanda creciente en diversas industrias, incluyendo la joyería, la industria electrónica y la personalización de productos. La implementación de esta tecnología ofrecerá ventajas significativas en términos de precisión, velocidad y versatilidad en comparación con métodos tradicionales de grabado manual. Además, este proyecto contribuirá al avance tecnológico y la innovación en el campo de la fabricación digital, promoviendo la automatización y la eficiencia en los procesos de producción.

Estado del arte

El estado actual de la tecnología CNC láser para el grabado de piezas pequeñas muestra una variedad de sistemas disponibles en el mercado, que van desde modelos de escritorio hasta máquinas industriales de alta gama. Estos sistemas suelen ofrecer características avanzadas, como sistemas de enfoque automático, capacidad de seguimiento de contornos y compatibilidad con una amplia gama de formatos de archivo. Además, se han realizado investigaciones significativas en áreas como la optimización de parámetros de grabado, la mejora de la calidad del grabado y la reducción de los tiempos de ciclo. Sin embargo, aún existen oportunidades para mejorar la accesibilidad, la facilidad de uso y la integración de sistemas de control más avanzados. Ilustración 1. Autor Desconocido

Descripción

El sistema CNC láser de 10x10 diseñado en este proyecto es una máquina compacta y eficiente para el grabado de piezas pequeñas. Este sistema combina componentes electrónicos y mecánicos de precisión para lograr un control exacto y repetible del láser, permitiendo realizar grabados detallados en una variedad de materiales. La máquina está construida con una estructura robusta para garantizar

Ilustración 4. Arduino 1 Ilustración 5 .Tablero de expansión para arduino uno Arduino UNO SMD Compatible: Características:  Microcontrolador: ATmega328P  Voltaje de operación: 5V  Voltaje de entrada (recomendado): 7-12V  Pines digitales I/O: 14 (6 con PWM)  Pines de entrada analógica: 6

 Frecuencia de reloj: 16 MHz

Tablero de expansión del escudo del CNC: Características:  Compatible con Arduino UNO  Proporciona una interfaz para conectar los controladores de motores paso a paso

 Permite una fácil integración y expansión del sistema CNC

Ilustración 6 Controladores a pasos Ilustración 7 Láser Grabador Controladores del motor de pasos A4988: Características:  Voltaje de operación: 8-35V  Corriente de salida: 1A por fase sin disipador de calor, hasta 2A por fase con enfriamiento adicional  Microstepping: hasta 1/16 de paso

 Protección contra sobrecalentamiento y cortocircuitos

Láser Grabador 250mW: Características:  Potencia: 250mW  Longitud de onda: 405 nm (luz violeta)  Voltaje de operación: 3-5V

Ilustración 12 Deslizadores Ilustración 13 Porta Láser Ilustración 15 Marco Ilustración 14 posición del marco Ilustración 16 Láser

 Tercera parte colocamos los deslizadores en una piza prediseñada que permite

el deslizamiento o movimiento de CNC  Cuarto paso que va de la mano con el anterior, es para su movilidad del laser

Ilustración 17 Posición del laser  En el quinto paso ya tenemos lo que se llama CNC, ya terminado y con funcionalidad.

Interfaz lógica:

La interfaz lógica del sistema CNC láser se implementa utilizando el microcontrolador Arduino UNO, que gestiona las señales de control para los motores paso a paso y el láser. El código en el Arduino coordina los movimientos del cabezal del láser y la activación del láser en función del diseño de grabado cargado desde el software de control. Se utilizan las entradas y salidas digitales del Arduino para interactuar con los controladores A4988 y el MOSFET que controla el láser.

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Ilustración 21 Vald. Credenciales Ilustración 22 Métodos a llamar Interfaz de Monitoreo: Después de que el usuario escribe las credenciales de autenticación, este debe proceder a presionar el botón de "Accept", es ahí cuando este método se encarga de validar que las credenciales sean las preestablecidas, si los criterios se cumplen se da acceso al usuario a la Interfaz de monitoreo, si no, deniega el acceso y envía un mensaje diciéndole al usuario que no tiene privilegios. Al momento de que el usuario tiene acceso, se despliega la pantalla de Monitoreo, es aquí cuando se mandan a llamar dos métodos el primero (cargarArchivo(String filePath)): Ilustración 20 Interfaz

Ilustración 24 Diagrama Electrico Continuidad del código de arriba: Este método está diseñado para cargar el contenido de un archivo en un área de texto (JTextArea). El contenido de este archivo es el G-Code, el cual contiene las instrucciones de movimiento y encendido del láser, las cuales son enviadas a la placa arduino. A su vez también se ejecuta el método "cargar Imagen", el cual carga una imagen que contiene una pre visualización grafica del G-Code, esto lo hace desde una ruta de archivo y la muestra en un componente JLabel: Ilustración 23 Ruta del Archivo

Circuito

Explicación de conexión y descripción. Nuestro circuito es un módulo de control para un sistema CNC (Control Numérico Computarizado), utilizando un escudo (shield) de expansión para Arduino. A continuación, se describen las conexiones y la funcionalidad del mismo:

Detalles del código GRBL.

GRBL es un firmware ampliamente utilizado para el control de máquinas CNC. Funciona en placas Arduino con microcontroladores Atmega328 y permite configurar el control y desplazamiento de la máquina. Aquí están las partes esenciales del código GRBL:

1. Microcontrolador : En el corazón mismo de cualquier tarjeta Arduino reside el microcontrolador. Este componente es esencial para ejecutar y gestionar las operaciones programadas. En términos simples, actúa como el cerebro de la tarjeta, procesando las instrucciones y coordinando la interacción entre los diferentes componentes^1.
2. Sintaxis de código Arduino : o #define : Se utiliza para asignar una variable a una constante que se utilizará en el programa. o #include<> : Indica al programa que incluya algo. o Bloques de comentarios (/ */) *: Puedes usarlos para escribir comentarios en el sketch. o Comentarios (//) : Los bloques de comentarios pueden tener múltiples líneas. o Corchetes ({}) : Definen bloques de código. o Punto y coma (;) : Se utiliza para finalizar una instrucción^2.

3. Comandos GCODE : GRBL interpreta comandos GCODE. Estos comandos le dicen a la máquina que se mueva en una dirección específica o realice otras acciones. Si deseas mover la máquina con Arduino, debes enviar órdenes GCODE. El reto es configurar el código para que haga lo que deseas. Por ejemplo, puedes tener un botón para mover la máquina un milímetro a la izquierda.
4. Configuración de GRBL : GRBL tiene una variedad de características, como soporte para múltiples ejes, interfaz de usuario fácil de usar y funciones avanzadas de seguridad. Puedes configurar GRBL para adaptarlo a tus necesidades específicas.

Anexos:

Datasheets.  Motores de deslizamiento. https://www.amazon.com.mx/Deslizador-deslizante-miniatura-recorrido- deslizador/dp/B08LNV4T6D/ref=asc_df_B08LNV4T6D/?tag=gledskshopmx- 20&linkCode=df0&hvadid=629926201827&hvpos=&hvnetw=g&hvrand=8416558954657941312& hvpone=&hvptwo=&hvqmt=&hvdev=c&hvdvcmdl=&hvlocint=&hvlocphy=1010149&hvtargid=pla- 2202420934075&psc=1&mcid=8ee6669dec47397dab9bfe7f8314b06d  CNC Shield. index.php (sensorembedded.com)

Referencias

Shield CNC V3.0 - GRBL. (n.d.). Naylamp Mechatronics - Perú. https://naylampmechatronics.com/ardusystem-shields/68-shield-cnc-v3-grbl.html Deslizador de tornillo de cojinete lineal, 2 fases, 4 hilos, pequeño motor paso a paso, mesa deslizante en miniatura, 4-9 V, recorrido del deslizador, 80 mm : Amazon.com.mx: Industria, Empresas y Ciencia. (n.d.). https://www.amazon.com.mx/Deslizador-deslizante-miniatura-recorrido- deslizador/dp/B08LNV4T6D?ref_=ast_sto_dp  Transistor Mosfet IRFZ44N 49A 55V 250 Watts CH N MV Electron. (s. f.). Meses Sin Interés. https://articulo.mercadolibre.com.mx/MLM- 708585440 - transistor-mosfet-irfz44n-49a-55v- 250 - watts-ch-n-mv-electron- JM?matt_tool=42293996&matt_word=&matt_source=google&matt_campaign_id= 263509&matt_ad_group_id=159049215082&matt_match_type=&matt_network=g&matt device=c&matt_creative=686686756996&matt_keyword=&matt_ad_position=&matt_ad_t ype=pla&matt_merchant_id=129805071&matt_product_id=MLM708585440&matt_produ ct_partition_id=2291870220394&matt_target_id=aud-2047804433165:pla- 229 1870220394&gad_source=1&gclid=Cj0KCQjw0ruyBhDuARIsANSZ3wrf9684KhF3X OFS2678Gn7bCNeqjheGVuv4N18xgWFEroNRDUkoj2gaApS8EALw_wcB

 Amazon.com.mx. (s. f.). https://www.amazon.com.mx/NEW-VIKING-Arduino-Compatible- Microcontrolador/dp/B0BWMBSGB4/ref=asc_df_B0BWMBSGB4/?tag=gledskshopmx- 20&linkCode=df0&hvadid=644977444015&hvpos=&hvnetw=g&hvrand= 046165&hvpone=&hvptwo=&hvqmt=&hvdev=c&hvdvcmdl=&hvlocint=&hvlocphy= 149&hvtargid=pla- 197855224 1689&psc=1&mcid=0ca43b9cc8563549bbbba2042052ed  Laser grabador 250MW para mini CNC. (s. f.). Envío Gratis. https://articulo.mercadolibre.com.mx/MLM- 638531621 - laser-grabador-250mw-para-mini- cnc-_JM?quantity=