FABOOL Laser Miniをカッティングプロッター化

タイトルの通り、FABOOL Laser Miniをカッティングプロッター化しました。

FLMのコントロール基板をGRBLにした理由の一つはこれで
「カッティングプロッターが欲しい」と言うことでしで、ひとまずそれなりの物が出来たので、ここまでをまとめておきます。

カッター

Aliexpressでカッティングプロッター用のカッター刃とホルダーが売られていたので、それを買いました。
ローランドのプロッター用のカッターだそうです。
ちなみに同じ物（だと思う）が日本のAmazonでも売られていました。

構造

ホルダー

材質はアルミ製（たぶん）です。
刃をセットする部分と、そのカバーの部分に分かれます。

刃は磁石で固定されます。
ホルダーの穴に刃を差し込めばスポッと入り、中の磁石にひっつきます。

後ろのピンを押すと、刃が飛び出るので、交換するときはピンを押して刃を抜きます。

刃

私が買ったセットには、刃の角度の違う物が3種類、各5本付属していました。

青いキャップが60度、赤いキャップ45度、黄色いキャップが30度の角度が付けられています。
切る物の素材の厚さで刃を替えると良いようですが、良く分かりません。
色々試すしか無さそうです。

切れる原理

カッターの軸は丸くて、ホルダーの中で回転します。
カッターの刃先は、軸の先端にあります。

刃先は、軸の中心から少しずれていて、ホルダーの動きに合わせてカッターが回転し、ホルダーが動いた所をカットできると言うことです。

刃先の出代調整

カッターの刃の突き出す量はとても重要です。
多く突き出すと、材料に深く突き刺さり、そして移動する時の負荷が増えます。
なので、非力で剛性の弱いFLMのフレームでは、あまり厚い素材は切れません。

また、カッティングシートを切る場合、下の台紙まで切断してしまうと、ステッカーがばらばらになってしまいます。

出代の調整は、カッターのホルダー部分とカバー部分がネジ状になっているので、締めたり緩めたりして調整します。
調整が済むと、真鍮のロックを締めて固定します。

上の写真は、カッティングシートのシール部分だけが切れて台紙が残るようにセットした刃の出代です。
写真で見ると僅かに出ているのが分かりますが、目で見ても分かりません。
目で見ても分からないので、要らないカッティングシートの切れ端で試し切りしながら、刃の出代を調節しました。

カッティング・プロッター・ヘッド

FABOOL Laser Miniは、２軸のCNCなのでカッターを上下させることができません。
なので、カッターを上下させるヘッド部分を作りました。

構造

仕組み

アルミの幅20mm*厚み3mmの板を買って来て適当に切断して、それに3Dプリンタで部品を作って、ネジで固定、と言った感じです。
（写真のは何度か試作で使い回していたので、色々無駄な加工が残ってますが・・・）

上下の動力には、サーボモーター（SG90）を使い、サーボをコントロールする為にArduino Nanoを使っています。

サーボのアームは、スプリングを介してカッターと繋がっています。
アームが下へ回転した時、カッターを押さえ、
アームが上へ回転した時、カッターを持ち上げます。
カッターのストロークは約5mm程

SG90のトルクは、1.8kgf・cmと言うことらしい。
正直数字を見ても、いまいち強さが分からないのですが、実際に取り付けて使ってみると十分な力がありました。
SG90だと弱いかもしれないから、もう少し強いSG92を使おうかなんて考えていましたが、杞憂でした。

FLMへ取り付け

FLMのヘッドは特殊なレール（アリ溝と言うのかな？）が取り付けてあり、レーザーのヘッドを上下に移動させて調節し、ネジを締めて固定すると言う感じです。

なので、その機構と同じような物を3Dプリンターで作り、プロッターヘッドに取り付けています。

１カ所だと弱いかもと２カ所にしましたが、これが良かったのか悪かったのかは分かりません。

ネジ先が、土台のレールを傷付けそうなので、間にプラ板（PP）を挟んで固定しています。

高さの調整は、プロッターヘッドに電源を繋いで行います。

Arduinoが起動すると、サーボは上がってカッターのホルダーが持ち上がった状態になります。
そして、基板のテストボタンを押すと、サーボが下がってホルダーが降りた状態になります。

上がった状態の時に、カッターの先が素材に当たらないようにし、
下がった状態の時に、カッターの先が素材に押しつけられるように高さを調整します。

回路

回路は秋月電子で買った45×45のユニバーサル基板で作っています。
材料は秋月電子で全て揃います。（たぶん）
でも、Arduinoは別で買ったほうが良いかな。非正規品ですが。
（最近、半導体不足の影響か、非正規品でも値段が上がって来てますね・・・）

回路図

スイッチとかLEDとかは、色々試す為に取り付けています。
現時点では、SW2とLED2は使って無くて不要。
書き直すの面倒なのでそのまま掲載。

サーボ電源

サーボ用に3端子レギュレーターを取り付けて、サーボ用の電源を別に分けています。

最初、電源は12Vで供給し、ArduinoNanoに搭載されている5Vレギュレーターでサーボを動かしていました。
これでも動いたのですが、時々何かの拍子で動かなくなったり不安定な動きをしました。
原因はどうやらサーボのモーターに電力が取られてArduinoが誤動作していたようで、レギュレーターを別で取り付けてからは誤動作がなくなりました。

ちなみに、使ったレギュレーターはこれ
三端子レギュレーター　５Ｖ１．５Ａ　ＮＪＭ７８０５ＦＡ – 秋月電子