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Cortador de la espuma del CNC del alambre caliente de DIY

Una cortadora de alambre en caliente CNC es una herramienta increíble para construir aviones de espuma. Permite la capacidad de cortar con precisión cualquier forma de perfil aerodinámico de un diseño CAD. Una máquina correctamente configurada puede ahorrarle mucho esfuerzo y producir un acabado suave. Le daremos el flujo de trabajo sobre cómo hacer un bricolaje de espuma simple para cortar las alas de espuma para hacer un plano de espuma.

La máquina tiene un alambre de nicrom estirado entre dos torres. El alambre se calienta al pasar la corriente a través de él y las torres se mueven entre sí para definir la forma del corte. El diseño de CAD en 2D que se debe cortar se convierte en código G y se envía a la máquina, que se mueve en cuatro ejes independientes para crear contornos complejos como alas cónicas.

hot wire foam cutting machine for cnc 3D models
El movimiento de cada eje se puede lograr por cualquier medio, como cojinetes lineales en varillas lisas o mediante el uso de guías de cajón de varios tamaños. Cada eje es impulsado por un motor paso a paso a través de un tornillo guía, también se puede usar una correa y polea GT2, dependiendo del tamaño de la máquina de corte de espuma CNC de alambre caliente. Las fuerzas de corte involucradas son mínimas y la construcción solo necesita ser lo suficientemente rígida para soportar la tensión del cable estirado entre las torres.

Esta es una verdadera máquina de 4 ejes capaz de cortar diferentes formas en ambos lados simultáneamente, el problema entonces es cómo controlar 4 ejes independientes al mismo tiempo. Muchos tutoriales se centran en máquinas de 3 ejes como impresoras 3D, pero no parece haber suficiente documentación sobre cómo construir una máquina de 4 ejes utilizando partes fácilmente disponibles y software de código abierto. Encontramos algunas personas que habían hecho proyectos similares utilizando Arduino y Grbl y decidieron hacer nuestro propio cortador de alambre en caliente CNC.
cortador de espuma CNC de alambre caliente

Paso 1: Hardware
Dependiendo del diseño que elija, puede sustituir las piezas con las que encuentre localmente. Por ejemplo, puede cambiar los tubos de acero / varillas lisas con un control deslizante del cajón, que puede actuar como un eje lineal.

Contrachapado (12mm)
Rieles (tubos de acero, varillas lisas)
Tornillo de avance (M8 x 600 mm, siempre que necesite que el eje sea)
Acoplador del motor M8-M5 (M8 para el tornillo guía y M5 para el eje del motor)
Arduino Mega 2560
Rampas 1.4 tablero
Motores paso a paso (uno para cada eje)
Controlador paso a paso A4988 (uno para cada motor paso a paso)
Fuente de alimentación 12V para Arduino + Rampas
Fuente de alimentación variable (cargadores Lipo con modo Hot-wire)
Cable de nicrom (calibre 32-28, dependiendo del tamaño de la máquina)
Los componentes principales son Arduino Mega, Ramps 1.4, motores y motores paso a paso. El resto de la máquina se puede hacer con cualquier diseño y hardware.

Paso 2: Software
Controlador Grbl Hotwire
Generador de código G de 4 ejes
Wing Gcode
Jedicut
FoamXL

La parte difícil de hacer un cortador de espuma CNC de 4 ejes es encontrar un software para generar el código G y conducir la máquina. Hay muchas personas que utilizan DevFoam y profilli para generar el código G y controlar su máquina. Pero desafortunadamente, estos programas no son gratuitos y la mayoría se ejecutan en hardware obsoleto que tiene un puerto paralelo.
Nuestra búsqueda llevó a un intérprete de código G de 4 ejes basado en Arduino desarrollado por Marginally clever que utiliza un Arduino Mega 2560 y el escudo CNC Ramps 1.4. Su página tiene códigos para mover 4 ejes independientes y un remitente de código G basado en Java que podría enviar el código G al Arduino usando el puerto serie. Lo conseguimos después de algunos problemas, no es el método más sencillo y casi no hay documentación sobre cómo usarlo.
RcKeith tiene buena documentación sobre las máquinas que construyó y lo que usó para controlarlas. Algunos de ellos utilizan software costoso y hardware obsoleto.
Nos topamos con un poste, fue para un cortador de espuma CNC que utiliza Arduino y GRBL, desde allí comenzamos a construir la máquina.

Paso 3: Construyendo la Máquina
El diseño está hecho de madera contrachapada de 12 mm, el ensamblaje lineal se realiza utilizando tubos de acero de 1/2 pulgada con bloques deslizantes de madera contrachapada. El diseño de los bloques deslizantes se puede mejorar para evitar el contacto directo introduciendo un rodamiento lineal o un manguito. Ya que estamos utilizando los husillos, es suficiente par para superar la fricción y aún así proporcionar una buena resolución. Los dos tubos de acero proporcionan el soporte y restringen el bloque guía en un eje.

La torre vertical se coloca en la parte superior del bloque de guía horizontal, tiene cuatro tubos para restringir adecuadamente el movimiento. Se requiere un mínimo de tres para evitar que la torre vertical se doble.

El tornillo guía se une al motor paso a paso mediante el acoplamiento flexible. Esto ayuda con cualquier ligera desalineación entre el eje y el tornillo. La torre vertical tiene un motor paso a paso con un tornillo de avance integrado, que se puede comprar o reemplazar con un motor paso a paso y un acoplamiento normales.

Las dos torres son espejos una de la otra y se proporciona espacio en la base para sujetar la máquina a una mesa de trabajo.
Nota: cuando se usan superficies deslizantes, dependiendo del material, puede ocurrir un fenómeno llamado 'adherirse y deslizarse'. Esto causaría que el movimiento se volviera irregular y causara vibraciones. También puede provocar que las superficies se bloqueen, lo que provoca cargas excesivas y pasos perdidos al usar un motor paso a paso.

Paso 4: Conectando la Electrónica

El siguiente paso es conectar la electrónica, mover los motores y configurar la máquina. Tenemos 4 motores paso a paso que deben conectarse a nuestra placa de rampas. Los cables deben extenderse para proporcionar suficiente recorrido de los ejes.
Todo el cableado se conecta a nuestra placa de rampas, que es un protector CNC para Arduino Mega2560. Las rampas pueden admitir hasta 5 controladores de motores paso a paso como el A4988. Estamos utilizando motores Nema 17 con 200 pasos por revolución en marcha en 1/16 de micro escalones, lo que nos brinda un movimiento rotatorio suave.

Los controladores paso a paso A4988 se pueden conectar en la parte superior de las rampas, una para cada eje. Asegúrese de orientar correctamente el chip A4988 antes de colocarlo en la placa de rampas. Cada paso a paso puede extraer tanto como 2 amperios, los controladores paso a paso tienen disipadores de calor para disipar el calor. La placa también tiene un MOSFET 11A para controlar la temperatura del cable conectado al pin D8. Todos los componentes de la placa se calentarán, asegúrese de que se proporciona una refrigeración adecuada.
IMPORTANTE Cuando el sistema está encendido, los motores paso a paso continúan consumiendo corriente para mantener la posición de mantenimiento. Los componentes como los controladores paso a paso y los MOSFET pueden calentarse mucho durante el funcionamiento. No opere la placa de rampas sin enfriamiento activo.

Cortamos con láser una base para nuestro Arduino y Rampas y conectamos un ventilador de 12 V CC para proporcionar enfriamiento activo para la placa.

Paso 5: Configurando la Máquina

Cada CNC debe estar configurado correctamente antes de operar. Dado que estamos utilizando motores paso a paso en un sistema de circuito abierto (sin retroalimentación), necesitamos saber qué tan lejos se moverá el carro con cada revolución del motor paso a paso. Esto depende de la cantidad de pasos por revolución del motor, el paso del tornillo de avance y el nivel de microaspuesto que esté utilizando.
steps_per_mm = (motor_steps_per_rev * driver_microstep) / thread_pitch
Estamos utilizando un motor paso a paso con 200 pasos / rev, accionados usando un controlador A4988 en 1 / 16o microaspeado, conduciendo un tornillo de avance con un paso de 2 mm.
Steps_per_mm = (200 * 16) / 2 = 1600
El tornillo de avance que estaba usando era uno de dos comienzos, por lo tanto, el valor sería la mitad del anterior, es decir, '800' Si es un arranque de cuatro comienzos, entonces el valor sería un cuarto del valor anterior.
Después de flashear el Mega 2560 con el archivo Grbl8c2MegaRamps, abra el monitor en serie y escriba '$$' para acceder al panel de configuración de Grbl. Para cambiar cualquier valor, escriba $ número = valor. Por ejemplo, $ 0 = 100 Una vez que la máquina está configurada, asegúrese de que la máquina mueva la cantidad exacta como se muestra en el controlador.

Paso 6: Colocación del alambre caliente
Para cortar espuma, necesita un alambre de resistencia hecho de un material adecuado que pueda soportar el calor y que tenga una temperatura uniforme en toda su longitud.
El nicrom es un material adecuado, he visto algunas líneas de pesca de acero de uso. Lea la selección de un cable de nicrom para más información. Es mejor tener el cable más delgado posible para disminuir la formación del corte mientras se corta y para obtener líneas de corte limpias. En general, cuanto más largo sea el cable, más tensión se debe aplicar y más grueso debe ser el cable. Experimente con varios espesores de alambre de 32 AWG a 28 AWG.
El siguiente paso es conectar el cable de nicrom a la máquina, ya que tenemos 4 ejes independientes, no podemos atar ambos extremos del cable a las torres. El cable debe tener alguna extensión, ya sea por medio de un resorte o un peso unido al extremo con una polea.
Nota: la tensión constante se puede aplicar al cable usando un resorte plano (resorte de fuerza constante) o colgando un peso muerto al final. Una forma económica de obtener un resorte de fuerza constante es mediante el uso de carretes de extracción de tarjetas de identificación. Obtenga uno de buena calidad e incluso puede apilar resortes en paralelo para proporcionar más fuerza de tracción.

Paso 7: Software de control y generación de código G
Controlador Grbl Hotwire
Estamos utilizando un panel de control Grbl desarrollado por Garret Visser, que fue adaptado para el corte de Hotwire por Daniel Rascio. El panel tiene control de jogging independiente para todos los ejes, incluida la orientación. También hay una herramienta de visualización de gráficos Gcode y la capacidad de guardar tus propias macros. La temperatura de Hotwire se puede controlar utilizando M3 / M5 para encender / apagar y el comando S "xxx" para configurar la salida de voltaje, ya sea manualmente o mediante la barra de desplazamiento en el software. El cable caliente se debe conectar a la salida "D8" y se suministra mediante la alimentación conectada a la entrada "11A" en las rampas.

Generador de código G de ala
Wing G-code Generator es un programa para generar XYUV G-code para cortar las alas de los aviones de los modelos en caliente. Se ejecuta en Python 2.7 y también puede integrarse con la interfaz Axis de LinuxCNC. También hay una versión en línea. Le permite ingresar los parámetros del ala, como el acorde de la raíz, el acorde de la punta, el barrido, la longitud del pórtico e incluso el lavado de la base. Cuenta con una base de datos de perfiles en formato .dat. Los nuevos perfiles se pueden importar de la misma manera.
Este software es fácil de usar y admite capas de alas en la misma pieza de espuma para ahorrar material. El código G emitido puede enviarse a la máquina a través del controlador Grbl.

Jedicut 2.4

Jedicut es un software genial, ya que puede hacer tanto CAD / CAM como un controlador de máquina. Pensé que el controlador de la máquina necesita una PC con la antigua interfaz de puerto paralelo. También tiene un plugin para generar el código G No es lo más fácil de configurar. Algunas de las opciones y los mensajes de error están en francés, pero si te sientas con él durante algún tiempo, puedes hacerlo funcionar.
Tiene muchas características como un asistente de corte para ayudarlo a barrer las alas y compensar el alambre de corte agregando un grosor de piel. Puede cortar más que perfiles de ala, como letras y otras formas también.
Nota: el código G de Wing genera códigos G en modo Absoluto que funciona en Grbl sin ningún problema, pero Jedicut genera código G en modo incremental. Tuvimos dificultades la primera vez que la pusimos a trabajar, donde la máquina simplemente se movía de un lado a otro. Si esto sucede, edite el código G para eliminar las líneas innecesarias en el encabezado.
Tanto Wing G-code como Jedicut generan G-code con algunos códigos Grbl no admitidos en el encabezado. El controlador se mostrará en el monitor cuando ocurran tales errores. Edite el código G y elimine las líneas de código innecesarias.
Se incluyen códigos G de trabajo con ambos programas, úselos para probar el controlador.

Paso 8: Configuración de la velocidad de alimentación y la temperatura

A diferencia del fresado convencional, el alambre se corta derritiendo el plástico que lo rodea, y cuando el alambre permanece en una posición durante algún tiempo, el material circundante se sigue derritiendo. Esto aumenta el corte del corte y causa imprecisiones dimensionales. Hay dos variables que afectan al corte del corte.

1. Tasa de alimentación de corte.
2. La temperatura del alambre.

La velocidad de alimentación de corte es la velocidad a la que el cable corta el material. En su mayoría denota en mm / min. Cuanto más rápida sea la velocidad, más pequeño será el corte, pero mayor será la temperatura requerida y también la tensión en el cable deberá ser suficiente para soportar las fuerzas de corte. Las buenas velocidades iniciales son de alrededor de 350 mm / min a 500 mm / min.
La temperatura del cable debe ser un poco más alta que el punto de fusión de la espuma que está cortando. Idealmente, usted desea cortar solo con el calor radiante, cuando el cable no toca realmente el material sino que corta delante de él. La temperatura se rige por la cantidad de corriente que fluye a través del cable, que está determinada por el voltaje aplicado.
Hay un software que permite que el control PWM del cable lo caliente en los momentos adecuados para optimizar la velocidad de avance del corte. La temperatura del cable está determinada por el cuadrado de la corriente por la resistencia.
Si está utilizando un cable de nicrom, la Calculadora de aplicación de cables de nicrom es una aplicación genial que puede ayudarlo a determinar la temperatura del cable dependiendo de la longitud y el voltaje aplicado. Para nuestra configuración con una longitud de cable de 850 mm, aplicamos un voltaje de 26 V y cortamos a una velocidad de alimentación de 350 mm / min.

Paso 9: Flujo de trabajo de corte por hilo caliente

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El proceso comienza con el diseño, que se exporta como un DXF. Este archivo luego se importa al software CAM y se emite como código G. La máquina se enciende y se calibra, el material se coloca en la mesa de trabajo y el origen ya está establecido. Encienda el cable, ejecute el archivo de código G y observe cómo la máquina hace el trabajo por usted.
Espero que haya disfrutado el Instructable, inténtelo usted mismo, la máquina es fácil de construir y muy compasiva. Muchas cosas sorprendentes se pueden hacer con él. Feliz vuelo!

Myaid Machinery puede suministrar este cortador de espuma CNC por el servicio de mensajería de DHL.

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