레이저 각인기 (Laser Engraving)

 

유투브를 참고해 dvd롬에서 빼낸 스텝모터를 사용해 위와 같이 만들어서 테스트를 해보았습니다.

스텝모터 샤프트가 짧아서 가로세로 4cm정도밖에 각인이 안되지만 의외로 잘 작동합니다.

그래서 남는 부품 싹 모아서 다시 만들어보았습니다.

사용된 부품.

1. 아두이노 우노

2. 우노용 cnc확장보드

3. 스텝모터 2개 

4. 리드스크류, 스크류 넛, 커플러, 연마봉, 리니어부시

5. 1w 레이저 

6. cnc펌웨어 - LaserGRBL

7. 2020프로파일 

8. 프로파일 고정용 부품 (3d프린터로 직접 설계 출력)

9. 인두, 실납, 테스터기

제작 후기..

1. 가급적 우노를 사용하시는 것이 좋습니다.

나노용 cnc보드는 회로기판이 오류가 있는 것들이 많습니다. 수정방법이 여러 곳에 공개되어 있지만 기판을 긁어내고 선을 따로 연결하는 등 미세한 작업이라 매우 번거롭습니다. 저도 처음에 나노로 시작했다가 계속 스텝모터 조절에 문제가 발생해 우노로 변경했습니다. 

2. 속도와 음영을 고려하여 높은 출력의 레이저를 구입하세요.

출력은 속도와도 밀접한 관계가 있습니다. 1w짜리의 경우 나무에 각인을 하려면 200mm/min이하여야 합니다. 높은 출력의 레이저일수록 속도면에서 유리합니다.

단순히 흑백으로 각인을 원하시면 1w짜리도 충분했지만, pwm모듈이 없는 레이저라 트랜지스터를 연결해 출력을 조절해서인지 그레이스케일의 표현에는 취약했습니다. 10%단위로 출력을 조절해도 3단계 정도로만 음영구분이 되었습니다. 아무래도 높은 출력의 레이저가 출력범위도 넓으니 더 많은 음영표현이 가능하겠죠.

음영표현은 레이저강도를 조절하는 것보다 레이저강도는 일정하게 고정하고 이동속도로 조절하는 편이 결과물이 좋았습니다.

레이저와 소재가 가까울 수록 음영단계가 조금 더 구분은 되는데, 싸구려 레이저모듈은 거리가 가까울 수록 렌즈를 밖으로 꺼내다보니, 렌즈와 경통간의 이격으로 정확한 초점을 맺지 못합니다. 사진에서와 같이 빛이 주변으로 많이 퍼지는 현상이 발생합니다.

가급적 초점거리가 짧은 레이저를 사용하는 것이 좋을 듯 합니다.

3. 흰색에도 각인을 하시려면 파장이 짧은 레이저를 선택하셔야 합니다. 

붉은색 레이저계열은 흰색에 영향을 거의 주지 못했습니다. 같은 출력의 푸른색 레이저의 경우(450nm이하) 소재의 색 구분없이 각인이 가능했습니다. 

같은 출력의 레이저라도 붉은 색보다는 푸른색레이저가 흰색에 각인이 잘 되었습니다.

4. 케이스와 환풍시설도 고려하셔야합니다.

열로 태워 각인을 하는 방식이다보니 냄새와 연기가 많이 납니다. 

특히 가죽의 경우에는 가죽 태우는 냄새가 상당히 많이 납니다. 전체적으로 케이스를 만들어 덮고 환풍기를 이용해 필터로 걸러내는 방식을 고려하셔야 합니다.

5. 프레임 형태는 x,y축이 모두 위에 있는 것이 형태로 구성하세요.

y축이 밑에 설치되어 베드형태로 구성하게 되면 각인되는 소재를 베드에 얹어야 하고 이는 프레임 크기에 의해 소재의 제약이 생깁니다.

50x50cm의 가방의 한 구석에 조그만 각인을 하려고 한다면 베드에 얹는 방식은 가방을 다 올려놓을 만한 크기의 프레임이 되어야하지만, xy가 모두 상단에서 이동되는 방식은 가방 위에 프레임을 얹어서 각인이 가능합니다.

6. 스텝모터에 쿨링팬이나 방열판을 달아주세요.

스텝모터를 풀스텝으로 작동시키는 것이라 발열이 상당합니다. 스텝모터에 조그만 방열판  붙여주시고, 20x20mm 5v 아주 작은 냉각팬 하나만 달아주셔도 발열을 상당히 줄일 수 있습니다.

7. 소재의 무늬와 밀도를 신경써주세요.

소재에 무늬가 있는 경우 빛을 흡수하는 양이 달라지기 때문에 같은 강도라도 더 짙거나 옅게 그을려집니다. 나무에 각인할 때는 나이테 부분의 밀도가 높아서 주변부보다 덜 그을려졌습니다.

8. 전력소모량은 아주 작습니다.

레이저와 스텝모터 두개의 전력소모량은 얼마나 될까 고민했는데, 실제 측정해보니 1w짜리 레이저와 모터 2개에 사용되는 전류는 0.5A정도입니다. 집에 남던 12V 어댑터로 충분히 사용가능했습니다.

9. 출력 중에는 컴퓨터와 usb로 연결되어 있어야 합니다.

3d프린터처럼 sd카드를 사용해보려 했는데, 쉬운 일이 아니었습니다. 그냥 맘 편하게 pc 연결해서 사용하는 것이 좋습니다.

10. 소재표면과 레이저초점이 정확히 일치해야합니다.

레이저초점영역이 상당히 짧고 작기때문에 표면에 정확히 초점을 맞추지않으면 음영결과가 상당히 왜곡되어 나타납니다. 또한 표면이 레이저이동면과 정확히 수평을 이루지 않을 경우에도 초점이 맞는 부분과 맞지 않는 부분이 확연히 드러납니다.