Bouw Een 3D-geprinte CNC-router: 0,05 mm Nauwkeurigheid op Metaal & Hout – Stap-voor-stap Handleiding

In deze tutorial leren we hoe we een CNC-machine kunnen bouwen met een stap-voor-stap handleiding zodat u er eenvoudig zelf een kunt bouwen.

Dit is een volledig 3D-geprinte CNC-machine of een CNC-router die ik ontwierp met twee specifieke doelen in gedachten, zo stijf mogelijk te zijn, en zo simpel mogelijk te bouwen.

Overzicht

Stijfheid beïnvloedt direct de prestaties van de machine en naast graveren en zagen van hout, wilde ik dat deze CNC-router ook in staat zou zijn om aluminium te graveren en te zagen. Het bleek dat het dat redelijk zelfverzekerd kan.

Hier is een voorbeeld van het frezen van een propeller uit aluminium. Met net even schuren werd het oppervlak van de propeller super glad.

Ik deed ook enkele nauwkeurigheidstests door verschillende vormen uit aluminium te frezen. Als we de juiste voedingen en snelheden gebruiken, kunnen we de aluminiumonderdelen binnen 0,05mm nauwkeurigheid krijgen.

Ik denk dat dat een fatsoenlijke nauwkeurigheid is, rekening houdend met dat het een 3D-geprinte CNC-machine is, met een trimmer router, en een Arduino UNO en GRBL voor de bewegingscontrole.

Graveren in aluminium is een fluitje van een cent. Ik deed een paar sleutelhanger graveringen met heel kleine details onder 1mm, en ze kwamen geweldig uit.

Ik probeerde ook messing te graveren wat ook geweldig uitkwam.

Model van Etsy

Deze 3D-geprinte CNC-router is zelfs in staat om staal te frezen.

Mijn tweede doel voor deze CNC-machine was zo simpel mogelijk te bouwen, wat betekende dat ik geen elektrisch gereedschap wilde gebruiken voor het maken van de machine, geen zagen van aluminiumprofielen met een zaag, geen boren, geen tappen…. Niets.

Letterlijk, u kunt deze CNC-machine bouwen met slechts een set inbussleutels, omdat ik het specifiek ontwierp om standaardcomponenten te gebruiken die gemakkelijk te verkrijgen zijn van sites als Amazon, AliExpress of enige andere winkel van uw keuze. Dus, het is bijna als een DIY-kit die u alleen hoeft te monteren. Onderaan vindt u de complete lijst met benodigde componenten voor deze CNC-build.

Toch (er is een voorbehoud natuurlijk), u hebt een 3D-printer nodig om deze CNC-machine te maken, maar ik denk niet dat dat een groot probleem is, want als u er geen heeft, zijn er tegenwoordig zo veel 3D-printdiensten waar u de 3D-geprinte onderdelen voor gemakkelijk kunt krijgen.

Ik noem het een volledig 3D-geprinte CNC-machine, omdat de hele CNC-structuur gebaseerd is op 3D-geprinte onderdelen, inclusief de X- en Z-as platen, de routerbevestiging en zelfs de kogelspindel lagerblokken zijn 3D-geprint.

Het ontwerp was geoptimaliseerd om het meeste uit het feit te halen dat we gemakkelijk complexe onderdelen met een 3D-printer kunnen printen. In combinatie met enkele 20x40mm aluminiumprofielen, 15mm lineaire rails, en 16mm kogelspindels, denk ik dat ik een fatsoenlijke prestatie eruit heb weten te halen. Het is in staat om aluminium te graveren en zelfs precisieonderdelen, en houtprojecten zijn een fluitje van een cent; het kan elk hardhout gemakkelijk zagen, en de houtgraveringen zijn gewoon perfect. Kijk eens naar deze 340x340mm 3D-reliëf in beuken hardhout. Het ziet prachtig uit.

De werkruimte is 450x350x110mm, maar het coolste is dat we deze CNC-machine eenvoudig kunnen schalen.

We kunnen simpelweg langere componenten gebruiken voor enkele van de aluminiumprofielen, de lineaire rails en de kogelspindels, en we krijgen direct een groter werkterrein terwijl alle andere componenten en het monteringsproces zelf hetzelfde blijven.

Onderaan vindt u details over welke componenten de werkruimte van de machine definiëren, zodat u uw gewenste werkruimte kunt krijgen door de juiste componenten te kiezen.

Gerelateerde projecten:

3D-model en STL Download Bestanden

U kunt het 3D-model van deze DIY CNC-machine direct in uw webbrowser bekijken met Onshape.

U kunt het 3D-model van deze DIY CNC-machine, alsook de STL-bestanden voor 3D-printen van Cults3D krijgen.

Stuklijst (Bill of Materials)

Hieronder is de complete lijst met componenten die nodig zijn voor deze DIY CNC-build.

De gegeven afmetingen zijn voor exact dezelfde grootte als de CNC die ik demonstreerde te bouwen met 450x350mm werkruimte.

Component	Aantal	Aankoop Links
Aluminium Profiel 2080 – 600mm (Y-as, Aangepaste Lengte)	2	Amazon | AliExpress
Aluminium Profiel 2040 – 600mm (X-as Basis, Aangepaste Lengte)	3	Amazon | AliExpress
Aluminium Profiel 2040 – 700mm (X-as Portal, Aangepaste Lengte)	2	Amazon | AliExpress
Aluminium Profiel 2040 – 200mm	2	Amazon | AliExpress
Aluminium Profiel 2040 – 100mm	2	Amazon | AliExpress
Lineaire Rail HGR15 – 600mm (Y-as, Aangepaste Lengte) & (X-as, Aangepaste Lengte)	4	Amazon | AliExpress
Lineaire Rail HGR15 – 300mm (Z-as)	2	Amazon | AliExpress
Kogelspindel SFU1605 – 500mm (Y-as, Aangepaste Lengte)	2	Amazon | AliExpress
Kogelspindel SFU1605 – 600mm (X-as, Aangepaste Lengte)	1	Amazon | AliExpress
Kogelspindel SFU1605 – 300mm (Z-as)	1	Amazon | AliExpress
As Koppeling 8mm naar 10mm	4	Amazon |AliExpress
Hoekcontactlagers – 7001 P5-DB A-Paar(4 paren)		Amazon | AliExpress
M12x1mm Borgmoer	4	Amazon | AliExpress
Radiale Kogellager – 6000 – 2RS	4	Amazon | AliExpress
Hoekbeugel 28x20x28mm (met geschikte T-slot moeren en M5 Bouten)	18	Amazon | AliExpress
Hoekbeugel 20x20x20mm (met geschikte T-slot moeren en M5 Bouten)	8	Amazon | AliExpress
M5 Schuif T-moer	100	Amazon | AliExpress
M5 Hammer Head T-moer	100	Amazon | AliExpress
M4 Schuif T-moer	50	Amazon | AliExpress
M4 Hammer Head T-moer	50	Amazon | AliExpress
Stappenmotor NEMA23	4	Amazon | AliExpress
Bouten Inbuskop M3x12mm – 10 M3x16mm – 5 M3x30mm – 5 M4x10mm – 5 M4x12mm – 5 M4x14mm – 60 M4x25mm – 10 M5x12mm – 50 M5x16mm – 40 M5x20mm – 40 M5x30mm – 40 M5x50mm – 25 M5x60mm – 35 M5x70mm – 5		/Amazon | AliExpress

Disclosure: Dit zijn affiliate links. Als Amazon Associate verdien ik aan kwalificerende aankopen.

De CNC Schalen – Aangepaste Werkruimte Grootte

Als u de werkruimte van de CNC wilt vergroten, kunt u simpelweg de grootte van de aluminiumprofielen, de lineaire rails en de kogelspindels voor de specifieke as vergroten.

Bijvoorbeeld, om de werkruimte in de Y-as te vergroten, van 450x350mm naar 450x750mm, moeten we de lengte van de Y-as aluminiumprofiel, lineaire rail en kogelspindel vergroten. Het verschil is 750-350=400mm, dus we moeten 300mm toevoegen aan de basislengtes van deze CNC-machine voor de Y-as onderdelen. Dat zou zijn:

• Aluminium Profiel 2080 – 600mm + 400mm = 1000mm
• Lineaire Rail HGR15 – 600mm + 400mm = 1000mm
• Kogelspindel SFU1605 – 500mm + 400mm = 900mm

Hetzelfde principe wordt gebruikt voor het schalen van de werkruimte van de machine in de X-as. Hoewel, er is hier één verschil aangezien we de portalvergroting zouden vergroten, zouden we een ander traagstructuurelement moeten toevoegen.

Schalen van de werkruimte van de CNC-machine in de Y-as

Let op dat het vergroten van de grootte van de machine in de X-as of de portal zou resulteren in reductie van de stijfheid van de hele machine, vergeleken met de vergroting van de grootte in de Y-as wat de stijfheid van de hele machine bijna niet beïnvloedt.

Montage

U kunt de volgende video volgen voor een complete stap-voor-stap handleiding over hoe u deze DIY 3D-geprinte CNC-machine kunt bouwen.

Elektronica Overzicht

Ik besloot deze CNC-build handleiding op te splitsen, en de elektronica en hoe de bedrading en de controlebox van deze CNC-machine te maken, alsook hoe de machine in te stellen en uw eerste sneden te maken, in mijn volgende video uit te leggen.

Even snel, deze CNC-machine is gebaseerd op Arduino en GRBL. Ik gebruikte een Arduino UNO in combinatie met een CNC shield voor het gemakkelijk verbinden van alles en voor het aansturen van de NEMA23 stappenmotoren, gebruikte ik DM542 stappendrivers.

De bewegingscontrole firmware is GRBL, en voor het besturen van de machine en het sturen van G-codes naar het, gebruikte ik de Universal G-code Sender, ze zijn allebei open-source.

Ik bedoel, het hoeft niet Arduino en GRBL te zijn; we kunnen elke andere CNC-controller met deze CNC-build gebruiken zoals bijv. LinuxCNC, grblHAL, Mach 3 of Mach 4 en andere. Deze Arduino en GRBL combo is de simpelste en goedkoopste optie voor een CNC-controller, maar natuurlijk mist het sommige geavanceerde functies zoals real-time controle en betere configureerbaarheid. Als u niet comfortabel bent met het maken van de controlebox zelf, bestaan er kant-en-klare CNC-controleboxen zelfs met de kabels voor de stappenmotoren inbegrepen.

Hoe dan ook, voor een gedetailleerde handleiding over hoe ik de controlebox voor deze 3D-geprinte CNC-router bouwde en hoe GRBL in te stellen en de machine te besturen, kijk naar de volgende video. Er zal ook een aparte video zijn waar ik u laat zien hoe het afvalbord en de stofzuigknoop voor deze CNC-machine te maken, alsook in detail uitleggen hoe te beginnen en uw eerste sneden op de CNC-machine te maken en hoe ik deze demoprojecten maakte die we hier zien.

Voordat we deze tutorial beëindigen, zou ik u nog een paar dingen willen laten zien, of hoe stijf en nauwkeurig deze machine is, en hoeveel het kost om het te bouwen.

Stijfheid en Nauwkeurigheid

Voor het demonstreren van de stijfheid van deze CNC-machine, steek ik een 6mm as in de router en met een wijzerindicator zal ik meten hoeveel de machine zal uitschuiven wanneer een kracht wordt toegepast. Ik gebruik een krachtmeter en een wijzerindicator voor dat doel.

De meetinstrumenten:
Krachtmeter: Amazon | AliExpress
Digitale wijzerindicator: Amazon | AliExpress

Eerst test ik de X-as stijfheid. Bij een kracht van 50N, buigt de frees rond 0,16mm, of 0,24mm bij een kracht van 70N. Aan de andere kant, was de uitschuiving in de Y-as rond 0,22mm bij een kracht van 50N, en rond 0,32mm bij een kracht van 70N.

Dat is een iets slechter resultaat, maar het was verwacht aangezien dit een portal-stijl CNC-machine is wat meestal minder stijfheid in de Y-as heeft vergeleken met de X-as.

Wat de Z-as stijfheid betreft, meet ik rond 0,18mm uitschuiving bij een kracht van 50N, en 0,25mm bij een kracht van 70N.

Deze stijfheid van de CNC-router resulteerde in nauwkeurigheid binnen 0,06mm bij het frezen van aluminium met de juiste voedingen en snelheden.

Ik maakte dit teststukje uit aluminium met de volgende instellingen. Voor de ruwfrezen, 4mm DOC, 1,2mm WOD en 1200mm/min voeding. De offset was 0,3mm. Dan voor de finale contourpass, 2mm DOC met 500mm/min voeding. Ik meet het deel met een digitale wijzerindicator en alle vormen in alle richtingen waren binnen 0,06mm nauwkeurigheid.

Ik zeg het nog een keer; ik denk dat dat een redelijk fatsoenlijk resultaat is, rekening houdend met dat het een volledig 3D-geprinte CNC-router is, met een trimmer router en een Arduino en GRBL voor de bewegingscontrole.

Showcase

Hier zijn enkele van de projecten die ik met deze DIY CNC-machine maakte.

• 3D-reliëf

Model van Etsy – Ramshoofd

• V-bit graveren en ruwfrezen

Model van Etsy – Hart Doosje

• CNC inlay

• Aluminium graveren

• Messing graveren

Model van Etsy – Drakenkop

• Een propeller frezen uit aluminium

Niettemin, blijf op de hoogte want er komt meer CNC-gerelateerde content. Ik zal ook een Discord of dergelijke maken voor iedereen om hun ervaring met het bouwen van deze CNC-machine te delen en een community eromheen te creëren voor het oplossen van problemen en het verbeteren van de machine.