Гравировка и фрезеровка мягких материалов на 3d-принтере SkyOne

3d принтер SkyOne, помимо своей основной функции – печати объемных моделей, несет в себе скрытую возможность, легкого CNC-фрезера. Для реализации функции фрезерования потребуется приобрести фрезерно-гравировальный комплект.

Комплектация

• Шпиндель. Выполнен на основе бесколлекторного двигателя постоянного тока, мощностью 53Вт. Скорость вращения ротора 4000 об/мин. Зажим режущего инструмента – цанговый патрон ER11.
• Стол крепления заготовок. Выполнен из алюминиевого профиля. Размеры стола 190 х 120 мм. Для крепления заготовок используется Т-образный паз, размером 8 мм.
• Прижимные приспособления. Два пластиковых прижима, для крепления к столу обрабатываемых заготовок с использованием Т-образных пазов. В комплект входят прижимные пластины, винты-барашки и винты регулировочные.
• Фрезы. Две фрезы, коническая и цилиндрическая.

Подготовка к гравировке

Для начала, нужно выбрать то, что будем наносить – рисунок и то на что, мы будем наносить это рисунок – поверхность. Тут важно заметить, что предмет, но который мы будем наносить гравировку, должен быть плоским, толщиной не более 5мм, иначе нам потребуются другие упорные винты, а если толщина заготовки превысит 10мм, то и другие прижимные приспособления.

Еще одно важное замечание – плоскость детали должна быть параллельна плоскости стола, иначе глубина гравировки будет разная.

В качестве «подопытного» образца, выберем пластину из вспененой пластмассы, а в качестве наносимого рисунка – логотип SkyOne.

Гравировку производить будем с использованием программы печати Repetier-Host, т.к. эта программа прекрасно «понимает» G-коды, использовать будем именно их, т. е. нам нужно преобразовать пиксельный рисунок в понятные принтеру команды.

Для преобразования рисунка в G-коды применяются специальные программы, такие как: SolidCAM, ArtCAM или браузерная бесплатная программа jscut.org. Её можно скачать на компьютер и использовать в OFF-line режиме.

JSCUT работает только с файлами имеющими расширение *.SVG, т.е. наш логотип, сохраненный в растре, нужно конвертировать в svg.

Для редактирования графического изображения, будем использовать бесплатную программу Inkscape. Загрузить ее можно с официального сайта inkscape.org, для нескольких платформ: Linux, Windows и MacOS X.

Редактируем изображение

Используя импорт файла (Файл > Импортировать), добавляем на рабочий лист, программы Inkscape, требуемое нам изображение. Все настройки импорта растра, оставляем по умолчанию. Далее на импортированном изображении, нажимаем правую кнопку мыши и выбираем команду «Векторизовать растр…». Параметры векторизации выбираются по месту, в зависимости от насыщенности исходной картинки. Так как наш логотип черно-белый, все параметры оставлены по-умолчанию.

Нажимаем кнопку «Ок» и после обработки, просто закрываем окно трассировки. Удаляем первоначальный растровый объект, оставляем только векторный, он имеет боле четкие границы, по сравнению с оригиналом. Сохраняем векторный файл с расширением .SVG, на локальном носителе.

Заходим на сайт jscut.org и нажимаем кнопку Launch!

В панели инструментов нажимаем «Open SVG» и загружаем ранее сохраненный нами векторный файл, нажав, вкладку «Local».

Левой кнопкой мыши кликаем по картинке, так, что бы она выделилась – окрасилась в синий цвет. И проводим операцию настройки параметров гравировки.

Настройка параметров JSCUT

1. Разрешение, количество пикселей на один дюйм, оставляем по-умолчанию – 96 px pre inch, так как изображение было подготовлено в inkscape.
2. Tabs, – утолщение контура, использовать не будем.
3. Tool – параметры режущего инструмента.
   1. Units (система измерения) – перейдем в метрическую систему – mm
   2. Diameter (диаметр режущей части инструмента) – т.к. фрезу будем использовать коническую, то диаметр нужно указать минимальный, например 0,2мм
   3. Angle (угол заточки режущего инструмента) – 10 градусов
   4. Pass Depth (глубина прохода) – глубина подачи по оси Z. Используйте минимальный параметр если обрабатываете твердый материал или требуется более высокое качество обработки. Так как обрабатываемый материал мягкий, то укажем этот параметр 2мм.
   5. Step Over (Величина смещения следующего прохода относительно предыдущего) – При уменьшении этого значения, время обработки увеличивается – 0,4мм
   6. Rapid (Скорость подачи инструмента при холостом ходе) - 1000 мм/мин
   7. Plunge (скорость подачи по оси Z, во время резанья) – 100 мм/мин
   8. Cut – (скорость подачи во время резанья) 200 мм/мин
   
4. Material – параметры обрабатываемого материала
   1. Units (система измерения) – перейдем в метрическую – mm
   2. Thickness (толщина материала) – 6мм
   3. Z Origin (нулевая позиция по оси Z) – Top (верхний край материала)
   4. Clearance (высота подъема режущего инструмента над позицией Z Origin) – 2,54 мм
   
5. Curve To Line Conversion (Преобразование кривой в прямую линию)
   1. Minimum segments (минимальное количество сегментов линии для преобразования кривой) – 1
   2. Minimum segments Length, mm (минимальная длина сегмента) – 0,254 мм
6. Gcode Conversions (параметры преобразования G-кодов). Координаты расположения обрабатываемого места (поля гравировки), по осям Х и Y. Опытным путем установлено, что параметры сдвига, для гравировки изображения по центру стола соответствуют: X Offset (сдвиг): -90мм и Y Offset: 170мм

После формирования всех настроек, нажимаем копку Create Operations. В окне Operations появляется вкладка выбора методов обработки (Pocket, Inside, Outside, Engrave и V Pocket) и окно изменения параметра глубины резанья (обработки) Deep.

Для генерации G-кода, нажимаем кнопку Generate и ждем.

Методы обработки

1. Pocket – вырезает контур и заливку (фигуру полностью)
2. Inside – вырезает только контур. Край фрезы не выходит за пределы контура изображения.
3. Outside – вырезает только контур. Край фрезы проходит за линией контура изображения. Изображение утолщается на величину диаметра фрезы.
4. Engrave – вырезает контур. Центр фрезы проходит по линии контура
5. V Pocket – Вырезает контур с различной глубиной резанья, минимальной на углах и максимальной на середине отрезков. Применим только для фрез имеющих конусную заточку.

Посмотреть примерный результат, можно открыв вкладку Simulate GCODE, получится должно примерно такое изображение:

Сохраняем полученный код на компьютер - Save GCODE и открываем его в приложении 3d – печати Repetier-Host.

Настройка принтера

ВАЖНО! Из-за разницы толщины стола для печати и гравировки, толщины обрабатываемого материала и размеров режущего инструмента (длины), перед началом работы необходимо выставить новое значение нулевого положения оси «Z».

1. Включаем принтер. Устанавливаем соединение в Repetier Host.
2. Загружаем сгенерированные ранее в G-коды файл изображения.
3. Открываем вкладку «Управление». Необходимо убедится, что фрезе и шпинделю ничего не мешает вращаться!
4. Запускаем двигатель фрезера – Нажимаем на копку включения экструдера. Значение температуры на максимум.
5. Перемещаем стол с заготовкой на безопасное расстояние, для предотвращения столкновения фрезы и стола. Для этого вводим команды G1 Z50, в поле ввода команд G-CODE. При толщине заготовки более чем 6-10мм, величина по оси Z должна быть больше (см. по месту).
6. Перемещаем инструмент по оси «Y» на 30-40 мм вперед, для того чтобы центр фрезы оказался точно над обрабатываемой поверхностью заготовки. Команды G1 Y40.
7. Начинаем понемногу поднимать стол, до тех пор, пока конец фрезы (она должна в это время вращаться), едва не коснется поверхности заготовки. Поочередно вводим команды уменьшения расстояния по оси «Z»: G1 Z39, G1 Z38 и т.д. Можно вводить дробные значения G1 Z38.5 (через точку). Все время контролируя на какой высоте находится кончик фрезы.
8. Как только верхняя плоскость заготовки едва коснулась конца фрезы, в моем случае это расстояние получилось 31.8 мм, можно присваивать нулевое значение положению оси «Z». Вводим команду G92 Z0 (присвоить нулевое положение оси Z)
9. Запускаем на печать и ждем выполнения.

Процесс обработки:

Готовый результат: