Improvisierte CNC Fräse

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  • Schwierigkeit
    schwer
  • Kosten
    250 €
  • Dauer
    Mehr als 4 Tage
  • Wertung

Vor drei Jahren habe ich mir mit einem Überschuss an Freizeit überlegt selber einen 3D Drucker zu bauen und dafür möglichst wenig Geld auszugeben. Ich habe damals das Internet durchforstet und bin über das reprap - Projekt auf den sogenannten "Wolfstrap" gestoßen. Ein improvisierter 3D Drucker mit dem sich die Teile für einen 3D Drucker herstellen lassen sollen. Ein Zwischenschritt des Projektes sollte es mir ermöglichen Platinenlayouts zu fräsen.
Diesen Ausbauzustand möchte ich an dieser Stelle kurz vorstellen, da ich die Konstruktion gerade dem Recycling zugeführt habe und sie dafür demontiere. Die Bauanleitung ist weiter oben verlinkt. Jeden Schritt hier einzustellen wäre nur eine reine Kopie und ich möchte daher davon absehen mich mit den Lorbeeren anderer zu Schmücken. Gerne gehe ich aber darauf ein wie ich es persönlich umgesetzt habe.

Bitte nehmt das hier als Anregung für die Möglichkeiten des heimsichen Bastekellers und nicht als umfassende Bauanleitung in allen Details.

Du brauchst

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Werkzeuge
  • PSR 18 LI-2  - Bohrschrauber, Bohrmaschine, Schlagbohrschrauber (Akku)
  • PST 50-2
  • 300-1/55
  • Multifunktionswerkbank
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Materialliste
  • 2 x Schienenträger X-Achse | gehobelte Dachlatte 18x45mm (445mm)
  • 2 x Schienenträger Z-Achse | gehobelte Dachlatte 18x45mm (200mm)
  • 1 x Mitnehmer Tisch, Y-Achse | gehobelte Dachlatte 18x45mm (300mm)
  • 2 x Mitnehmer X-Achse, Z-Achse | gehobelte Dachlatte 18x45mm (50mm)
  • 2 x Grundrahmen | Gehobelte Holzlatte 18x70mm (415mm)
  • 2 x Grundrahmen | Gehobelte Holzlatte 18x70mm (450mm)
  • 2 x Seitenaufbau, X-Achse | Gehobelte Holzlatte 18x70mm (350mm)
  • 1 x (Z-Achse, Extruder- Frästräger | Gehobelte Holzlatte 18x70mm (160mm)
  • 1 x Z-Achse, Motorplatte | Gehobelte Holzlatte 18x70mm (110mm)
  • 1 x Arbeitstisch | Sperrholzplatte (300x400x5mm)
  • 2 x Schubladenschienen | Metall (25er)
  • 1 x Schubladenschienen | Metall (45er)
  • 6 x Winkel | Metall (6x100x100mm)
  • 4 x Flachwinkel | Metall (4x120x120mm)
  • 3 x Steppermotoren | NEMA17
  • 2 x Gewindestange (M10, 350mm)
  • 1 x Gewindestange (M5, 200mm)
  • 4 x Sechskantmutter (M10)
  • 2 x Sechskantmutter (M5)
  • 4 x Schlauchschellen
  • 1 x Aquariumschlauch
  • 2 x Schwerlsatdübel (M10)
  • 1 x Mainboard | Gen7
  • 3 x Motortreiber | Pololu A4988
  • 1 x ATX Netzteil (450W)

Los geht's - Schritt für Schritt

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Der mechanische Teil

Materialbeschaffung:
Die meisten Teile sind natürlich aus dem örtlichen Baumarkt. Die Schwerlastdübel sind die Spende eines Kollegen. Für die eingesetzten Schrittmotoren wurden drei ausgediente Labeldrucker (Kennt ihr alle vom Flughafen von den Aufklebern für die Koffer) zerlegt.

Die Teile wurden alle mit der Stichsäge zurechtgeschnitten und einfach verschraubt. Die Mitnehmer sollten zusätzlich verklebt werden um das Spiel zu reduzieren.
Auch wenn das ganze sehr grob und dahingehauen aussieht, habe ich sehr auf Einhaltung von Winkeln und der korrekten Ausrichtung der Achsen geachtet. Die Schubladenauszüge liefen absolut parallel.
Die hochpräzisen Kreisausschnitte in den Motorträgern (Brett mit Loch) wurden freihändig mit dem Dremel erstellt.
Wenn ich mir die Bilder gerade so ansehe Frage ich mich selber wie das alles funktionieren konnte. Ich hätte ja wenigstens eine Bohrung mal entgraten können.


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Aufbau der Steuerungselektronik

Für die Steuerungselektronik bietet das Internet eine unglaubliche Vielfalt von Möglichkeiten.
Ich habe mir den Bausatz von http://reprap-diy.com/  bestellt und mit Teilen aus der Bastelkiste und von reichelt ergänzt. Zusätzlich zu dem Mainboard, werden noch Leistungstreiber von Pololu benötigt, die als kleine Platinen auf das Mainboard aufgesteckt werden.
Das Mainboard benötigt ein gewöhnliches PC Netzteil zur Spannungsversorgung. Dadurch lassen sich recht günstig die notwendigen Ströme für die Motoren und bei Druckerbetrieb auch für den Extruder (Druckkopf) bereitstellen.
An jeder Achse wird zumindest noch ein Endschalter benötigt, welche ich hier als Gabellichtschranke (prellfrei) ausgeführt habe.

Als Fräsmotor kommt hier mein Dremel zum Einsatz der bei Bedarf einfach per Hand eingeschaltet wird.

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Der Software-Teil (Viele Wege führen nach Rom)

Die Mechanik ist aufgebaut. Die Elektronik ist gelötet. Jetzt beginnt der lange und steinige Weg.
Da die Konstruktion auf einem Opensource 3D Drucker Projekt basiert, gibt es viele Möglichkeiten der Ansteuerung.

Man benötigt drei Verschiedene Programme um aus einem virtuellen 3D Projekt einen realen Gegenstand zu erstellen. Dabei ist es fast egal, ob wir nun einen 3D-Drucker oder eine CNC Fräse vor uns haben.

1. Die Firmware:

Auf dem Mainboard befindet sich ein Mikrocontroller wie man sie von den Arduino - Experimentierboards her kennt. Dieser muss noch mit der eigentlichen Steuersoftware (Firmware) für den Drucker geladen werden. Hier stehen dutzende Varianten zur Verfügung. Ich habe für meine Zwecke eine Software namens Teacup eingesetzt.
Das Programm liegt im Quelltext vor und muss natürlich noch auf den eigenen Aufbau angepasst werden. Dazu muss nicht Umprogrammiert werden, sondern Parameter die sagen wir viele Schritte ein Motor machen muss um den Arbeitstisch einen Millimeter zu bewegen. Dies ist abhängig von dem eingesetzten Motortyp, Steigung des Gewindes auf der Achse oder bei einem Riemenantrieb das Übersetzungsverhältnis.
Dann werden noch Einstellung vorgenommen wie Laufrichtung der Achsen, Geschwindigkeiten, ....
Nachdem Laden der Firmware wartet das Mainboard auf Befehle von der:

2. Die Driver Software und 3. Der Slicer (gibt es auch zusammen in einer Software)

... oder auch G-Code Sender. Der Teil Driver Steuerungssoftware schickt in der Maschinensprache G-Code Anweisungen an die Fräse / den Drucker. Zum einen wird hier das "Fräsprogramm" übertragen, das ausgeführt wird und zum anderen können hier manuelle Befehle gesendet werden. Hier gibt es Kommerzielle Software für industrielle CNC Fräsen aber auch wieder schöne Programme aus dem Bereich OpenSource.
Der Softwareteil Slicer erzeugt aus der 3D Zeichnung Stück für Stück die G-Code Anweisungen die an die Fräse geschickt werden müssen um das Objekt zu erzeugen.

Das Thema füllt Unmengen an Fachliteratur und ich möchte hier nur einen kurzen Einblick geben. Wer hier tiefer einsteigen möchte sollte sich folgenden Seiten des Reprap-Projektes ansehen.


Rechtlicher Hinweis

Bosch übernimmt keine Gewähr für die Vollständigkeit und Richtigkeit der hinterlegten Anleitungen. Bosch weist außerdem darauf hin, dass die Verwendung dieser Anleitungen auf eigenes Risiko erfolgt. Bitte treffen Sie zu Ihrer Sicherheit alle notwendigen Vorkehrungen.


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