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2020年11月の記事

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2020年11月28日(土) 21:19

加工ヘッド試射

 レーザー発振器とコンプレッサーを並べ、エアー配管も接続。CNC 2417 に取り付ける前に、動作試験を行う。実装していきなり動かしたら、ノズルが燃えました・・・とか嫌だからな。

 照準用赤色レーザーはノズル穴を通っているが、一部が遮られているのも確かなのでビームも通るとは限らない。

 ところが、コンプレッサーを動かしても圧力が上がらない。1気圧弱から、上がらない。
 少なくとも1.3気圧まで上がるはずだ。

 噴出するエアーの勢いも、明らかに弱い。

 構わずレーザー銃を発射し、厚さ1ミリのステンレス板を切ってみる。
 エアー無しの状態に比べるとマシで、切断は可能。しかし、これまた明らかにスラグの残存が酷く、風圧が落ちているのを裏付けている。

 ノズル先端には煤が付着して少し汚れがあるが、破損していない。
 ビームが穴を綺麗に通らずに接触している、ということは少なくとも無さそうである。

 となると問題は、エアー圧力が上がらないこと。
 確かに、エアーが漏れているような音がする。塗料カップを除去した跡の穴からも、エアーが漏れているように感じる。だが、水で塗らせた指を近づけても分からない程度だ、漏れている確信がない。
 ところが、穴を指で塞ぐと、音が変化し圧力も上がるようになった。

 ここに至り、やはりエアー漏れが存在すると判明。
 恐らく、ビームが確実に通るようにと4ミリドリルで穴を広げたとき、エアー導路を破損してしまったのだろう。

 ならばと、穴をオートウエルドで塞ぐ。

 せいぜい1.3気圧なのだから、これで強度に不安はない。

 期待通り、1.3どころかほぼ1.5気圧まで上がるようになった。
 噴出するエアーも、記憶通りの勢いを取り戻した。

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2020年11月27日(金) 21:08

光軸調整

 バルブは分解して中身を取り出し、機能しないようにしてある。
 エアーブラシ部分は、エアー垂れ流し仕様である。

 切断速度が毎分200ミリと遅いため、数十秒以上に渡ってエアーを連続噴射したいケースも多い。間歇噴射の管理を行うよりは、連続噴射が実用になるようシステムを作る方が楽だし、それが可能だと判断している。

 取り付け空間の制約から、三方からの調整ネジは最終的にイモネジを使用。

 天井に照射された同軸赤色レーザーの形状を見つつ、最終的な位置あわせを行う。

 円の一部が切り取られたように照射されるのは、不可避っぽい。それでも、焦点調整に回転させると、パターンが少し変化する。
 光学系の偏芯が極めて小さく、回転によるビームの位置ズレは0.1ミリ以下のようだ。それでも、その僅かな光路変化により、ビームの通り易さは変わる。ピント位置がアバウトでも良いと割り切っているので、ビームの通り易い位置で使用することにする。

 これが、ベストな状態だ。
 完全ではないとしても、直系0.3ミリの穴を通った結果としては相当なものだ。何しろこれ、三方からの調整イモネジによる外力調整を与えていない状態である。

 ワークのビームストップのため、ダイソーでステンレス浅型角バットを購入。25×19.6センチ(内径)。そこにピタリとハマる、厚さ1ミリの銅板を敷く。ここに水を入れれば、バッチリだ。
 暫定的に布ガムテープで固定したが、最終的には元の作業台にネジ止めできるよう仕上げるべきだろう。入れた水を、捨てるのにも苦労するようでは困る。

 加工する板は、このステンレス皿の上に載せる。良く使う20×10センチの板が、ちょうど渡せるサイズである。
 レーザー加工機では、剣山のように針を敷き詰めてあることが多い。小型の銅ヒートシンクを並べると同様のことができるが、銅のヒートシンクは入手性が悪い上に高価だ。

 更に、CNCの長ネジをグリスアップ。

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2020年11月26日(木) 20:20

加工ヘッド接着

 紙筒の先端をステンレス板に接近させてレーザー照射したところ、ビームが接触している訳でもないのに簡単に火が付いた。

 先端を濡らしながら照射を行ったが、燃える燃える。
 間合いの判断には、余り役立たない。

 しかし、燃えなかったとしても、焦点調整は殆ど不可能だと判明。
 どこが焦点なのか?実際に照射しても良く分からないのだ。

 焦点付近の間合いになると確かに火花が上がるのだが、すぐに火花は出なくなる。

 試行錯誤が済まないうちにステンレス板は使い尽くされてしまい、照射する場所が無くなってしまった。

 ただし最大の懸念だった、ハンダ付けが邪魔になって焦点を合わせることが不可能かもしれない問題は、どうやら大丈夫そうだと見当が付いた。
 肝心のピント合わせについても、良く分からないというのはそれだけ広範囲の間合いでステンレス板を貫通可能ということでもある。だったら、あんまり厳密に合わそうと頑張らなくても良いのではないか?と割り切る。

 自作レーザーカッターは厚さ1ミリのステンレス板が切れれば良く、それ以上は別に求めていないからだ。

 そこで、予定通りに加工ヘッドの製作を進める。

 まずは、エアーブラシのバルブ穴をオートウエルドで塞ぐ。
 ノズルへと空気が抜ける穴は、塞がないよう注意する。

 次に、レーザーヘッドにオートウエルドで接着。

 同軸赤色レーザーを発振させ、先端の穴をビームが通過するよう位置を調整。

 実用固化が6時間であり、4〜5時間経過した段階で微調整する。
 その後も、固化が進行する段階に応じるように、しばしば微調整を繰り返す。三方からの圧力を加えない状態でも、ビームの位置は誤差0.1ミリていどに合わせておきたい。

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2020年11月25日(水) 21:27

微調整機構

 加工ヘッド先端は、0.1ミリのオーダーで正確に位置を決めねばならない。どう考えても、微調整機構は必須となる。

 そこで、3方向からネジを押し付けて、調整可能にする。
 調整量が余りに小さいので、レーザーサイトのように向きを直接調整するのではない。ノズルはオートウエルドで接着してしまい、外力によるノズルのたわみだけで調整する皮算用だ。それで調整し切れないような大きなズレは、接着時点で存在しないよう頑張る。

 単純に3方に長ナットを取り付けるだけだが、適切な位置と向きに固定するのは難しい。冶具から作らないと、どうにもならない。
 3本の3ミリネジの頭同士をくっつけ、ハンダ付けで固定。そこに長ナットを通して希望の位置まで挿入し、ハンダ付けしない部分をマスキングテープで保護。

 最後にようやく、実際のハンダ付け作業だ。

 レーザーヘッドの筐体はアルミ製なので、ハンダ付けできない。だから、長ナットは内側の真鍮部分に取り付けるしかない。
 すると、アルミ筐体との干渉が問題となる。真鍮部分は、これ以上奥にネジ込むことができない。ハンダ付けのため、1ミリほど使用してしまった。これ以上ハンダの侵略を減らすのは困難であり、これでもハンダ付け作業は至難だった。果たして焦点が合うのか?

 長ナットの接着は小さな部分で行うしかなく、強度的にハンダ付け以外の選択肢も無い。

 アイデアは簡単でも、実体化は至難。

 いったい何を考えているんだ?と言われそうな図だが、焦点調整である。

 ノズル先端は0.1ミリを争う精度で位置を決めねばならない。そうなると、ノズル位置を調整した後で焦点調整するのは避けたい。コリメートレンズの僅かな偏芯により、焦点調整に付き物である回転という行為で、ビーム位置が変わる可能性があるからだ。
 つまり、先に焦点調整するための紙筒である。

 紙筒はエアーノズルの長さに合わせてあり、この先端部分に焦点が合うようにする。同軸赤色レーザーのスポットを見るだけでは厳密な調整は難しいので、実際にステンレス板に照射しながら確認したい。
 このような紙筒があると、その作業がし易くなる。

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2020年11月24日(火) 21:29

静音コンプレッサー

 レーザー電源のモニターに使用したLEDを外し、代わりにフォトリレーを取り付ける。TLP222A を使用した。

 LEDも並列接続し、モニターも可能なようにしておく。

 電流制限抵抗は、どちらも1KΩを使用。12V前提の選定である。

 小型のコンプレッサーを、買い増しした。

 エアーブラシ用として非常に評価の高い機種で、コスパも良好。占有床面積が小さいので、サブ機として邪魔にならない。だが、実際にはメイン機になるだろう。

 最高圧力4気圧、再始動圧力3気圧。すなわち、最初に買ったコンプレッサーの半分しかない。だが、レーザー切断試験で、この圧力で充分だと判明している。とはいえ、大は小を兼ねると言う。それだけであれば、わざわざ買い増しする必要などない。
 重要なのは、騒音なのだ。

 最初のコンプレッサーも、エアーブラシ用ではなくタイヤの空気入れに常用できるような本格的機種としては静かだと評価されている。だがそれでも、実際に動かすと余りにうるさい。レーザーカッターとして愛用しようと想像すると、うるさ過ぎて使用を躊躇う。
 はっきり言って工場用であり、住宅で使えるシロモノではない!
 そんな訳で、「静か」ということを最優先して買い直したのが、こいつという次第。

 住宅であっても、深夜早朝を除けば常時稼動が可能なレベルの騒音。その制約下において、性能の良い機種。
 エアーブラシも付属しており、4分の1インチ配管な本格コンプレッサーと違って、最初から8分の1インチ配管なので無駄もない。そう、既にエアー噴霧にはエアーブラシの流用を決断している。
 エアーブラシ先端の穴は直径0.3ミリしかない。そのため、エアーを常時噴出させてもアシストには充分な風圧を生み出せそうなのだ。

 試してみると、新コンプレッサーを常時稼動させエアーを常時噴出させると、圧力は1.3気圧ぐらいまでしか上がらない。だが、ノズルから1〜2ミリの至近距離であれば、スラグを吹き飛ばすのに充分と思われる風圧がある。工場に鎮座するレーザーカッターと異なり、切断速度は秒速3ミリぐらいしか無いのだ。
 直径0.3ミリというのも、レーザービームを通すには充分でかい。

 こうなると、エアーの ON/OFF を考慮する必要が無いのも楽。新コンプレッサーは連続稼動20分という制限があるものの、レーザー銃のバッテリーが十数分しか持たないのだから問題にならない。

 最初から新コンプレッサーを買っていれば、旧コンプレッサーへの出費は無くて済んだ。でも、旧コンプレッサーを買って実験しなければ、新コンプレッサーで性能が足りると分からなかった。
 これまで誰もやっていないことをやる、というのはアイデアだけの問題ではない。参考にできる情報がなく、手探りで実験せねばならないために、カネも余計に必要となるのだ。

 自分がやった後で同様のことをやろうとする者は、新コンプレッサーを買うだけでいい。でも、先駆者はそうはいかない。

 エアーブラシを、改造する。

 塗料カップは、切断し取り去る。
 塗料拡散用の針を抜き、残った穴は4ミリドリルで途中まで広げる。
 先端のカバーは、取り外す。これで、0.3ミリ穴が剥き出しとなる。

 塗料と針の代わりにレーザービームを通し、エアーはそのまま通す。これで、レーザーカッター用ヘッドと同様の構造になる。
 噴出口の直径が0.3ミリしかない、ビーム同軸エアーノズルだ。

 破損した場合も、何せ普通のエアーブラシだから、容易に交換パーツを入手できる。それは、地味だが重要なポイントだ。

written by higashino [レーザーカッター] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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