Construya una fresadora CNC impresa en 3D:precisión de 0,05 mm en metal y madera:guía paso a paso

En este tutorial aprenderemos cómo construir una máquina CNC con una guía paso a paso para que puedas construir una fácilmente por tu cuenta. 

Esta es una máquina CNC totalmente impresa en 3D o un enrutador CNC que diseñé con dos objetivos específicos en mente:ser lo más rígido posible y lo más simple posible de construir.

Descripción general

Ser rígido afecta directamente el rendimiento de la máquina y además de grabar y cortar madera, quería que esta fresadora CNC fuera capaz de grabar y cortar aluminio. Resultó que puede hacerlo con bastante confianza.

A continuación se muestra un ejemplo de mecanizado de una hélice de aluminio. Con solo un poco de lijado, la superficie de la hélice quedó súper suave.

También hice algunas pruebas de precisión cortando varias formas de aluminio. Si utilizamos avances y velocidades adecuados, podemos obtener piezas de aluminio con una precisión de 0,05 mm.

Creo que es una precisión decente considerando que es una máquina CNC impresa en 3D, que utiliza un enrutador recortador y un Arduino UNO y GRBL para el control de movimiento. 

Grabar aluminio es muy sencillo. Hice algunos grabados de llaveros con detalles muy pequeños de menos de 1 mm y quedaron geniales.

También probé a grabar latón que también resultó genial.

Modelo de Etsy

Este enrutador CNC impreso en 3D es incluso capaz de cortar acero.

Mi segundo objetivo para esta máquina CNC era que su construcción fuera lo más sencilla posible, lo que significaba que no quería utilizar ninguna herramienta eléctrica para fabricar la máquina, ni cortar extrusiones de aluminio con una sierra, ni taladrar, ni roscar... Nada.

Literalmente, puedes construir esta máquina CNC con solo un juego de llaves Allen, porque la diseñé específicamente para utilizar solo componentes estándar que se pueden obtener fácilmente en sitios como Amazon, AliExpress o cualquier otra tienda de tu elección. Por lo tanto, es casi como un kit de bricolaje que sólo tienes que ensamblarlo. A continuación puede encontrar la lista completa de componentes necesarios para esta construcción CNC.

Aunque (hay una advertencia, por supuesto), necesitas una impresora 3D para fabricar esta máquina CNC, pero no creo que sea gran cosa, ya que si no tienes una, hoy en día hay muchos servicios de impresión 3D desde donde puedes obtener fácilmente las piezas impresas en 3D.

Lo llamo una máquina CNC totalmente impresa en 3D, ya que toda la estructura del CNC se basa en piezas impresas en 3D, incluidas las placas de los ejes X y Z, el soporte del enrutador e incluso los bloques de cojinetes del husillo de bolas están impresos en 3D.

El diseño se optimizó para aprovechar al máximo el hecho de que podemos imprimir fácilmente piezas complejas con una impresora 3D. En combinación con algunas extrusiones de aluminio de 20x40 mm, rieles lineales de 15 mm y tornillos de bolas de 16 mm, creo que logré obtener un rendimiento decente. Es capaz de grabar e incluso piezas de precisión en aluminio, y los proyectos en madera son muy sencillos; puede cortar fácilmente cualquier madera dura y los grabados en madera son simplemente perfectos. Solo eche un vistazo a este relieve 3D de 340x340 mm en madera de haya. Se ve impresionante.

El área de trabajo es de 450x350x110 mm, pero lo mejor es que podemos escalar fácilmente esta máquina CNC.

Simplemente podemos usar componentes más largos para algunas de las extrusiones de aluminio, los rieles lineales y los husillos de bolas, e instantáneamente obtenemos un área de trabajo más grande mientras todos los demás componentes y el proceso de ensamblaje en sí siguen siendo los mismos.

A continuación puede encontrar detalles sobre qué componentes definen el área de trabajo de la máquina, para que pueda obtener el área de trabajo deseada eligiendo los componentes correctos.

Proyectos relacionados:

Descarga de archivos STL y modelos 3D

Puede ver el modelo 3D de esta máquina CNC de bricolaje directamente en su navegador web con Onshape.

Puede obtener el modelo 3D de esta máquina CNC de bricolaje, así como los archivos STL para impresión 3D de Cults3D.

Lista de materiales

A continuación se muestra la lista completa de componentes necesarios para esta construcción CNC de bricolaje.

Las dimensiones dadas son exactamente del mismo tamaño que el CNC que demostré construyendo con un área de trabajo de 450x350 mm.

Componente Cantidad Enlaces de compra Extrusión de aluminio 2080 – 600 mm
(Eje Y, longitud personalizada)2Amazon | AliExpress Extrusión de aluminio 2040 – 600 mm
(Base del eje X, longitud personalizada)3Amazon | Aliexpress Extrusión de aluminio 2040 – 700 mm
(Pórtico del eje X, longitud personalizada)2Amazon | AliExpress Extrusión de Aluminio 2040 – 200mm2Amazon | AliExpress Extrusión de Aluminio 2040 – 100mm2Amazon | AliExpress Carril Lineal HGR15 – 600mm
(eje Y, longitud personalizada) y (eje X, longitud personalizada)4Amazon | AliExpress Carril lineal HGR15 – 300 mm (eje Z)2Amazon | AliExpress Husillo de bolas SFU1605 – 500 mm
(Eje Y, longitud personalizada)2Amazon | AliExpress Husillo de bolas SFU1605 – 600 mm
(eje X, longitud personalizada)1Amazon | AliExpress Husillo de bolas SFU1605 – 300 mm (eje Z)1Amazon | AliExpress Acoplador de eje de 8 mm a 10 mm4Amazon |Aliexpress Rodamientos de contacto angular – 7001 P5-DB A-Par (4 pares)Amazon | AliExpress Contratuerca M12x1mm4Amazon | AliExpress Rodamiento radial de bolas – 6000 – 2RS 4Amazon | AliExpress Soporte de esquina 28x20x28mm
(con tuercas con ranura en T y pernos M5 adecuados)18Amazon | AliExpress Soporte Esquinero 20x20x20mm
(con tuercas con ranura en T y pernos M5 adecuados)8Amazon | AliExpress Tuerca en T deslizante M5100Amazon | AliExpress Tuerca en T con cabeza de martillo M5100Amazon | AliExpress Tuerca en T deslizante M450Amazon | AliExpress Tuerca en T con cabeza de martillo M450Amazon | AliExpress Motor paso a paso NEMA23 4Amazon | AliExpress Pernos de cabeza hueca
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

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Escalado del CNC:tamaño del área de trabajo personalizado

Si desea aumentar el área de trabajo del CNC, puede simplemente aumentar el tamaño de las extrusiones de aluminio, los rieles lineales y los husillos de bolas para el eje en particular.

Por ejemplo, para aumentar el área de trabajo en el eje Y, de 450x350 mm a 450x750 mm, necesitamos aumentar la longitud de la extrusión de aluminio, el riel lineal y el husillo de bolas del eje Y. La diferencia es 750-350=400 mm, por lo que debemos agregar 300 mm a las longitudes de base de esta máquina CNC para las piezas del eje Y. Sería:

• Extrusión de aluminio 2080 – 600 mm + 400 mm =1000 mm
• Carril lineal HGR15 – 600 mm + 400 mm =1000 mm
• Husillo de bolas SFU1605 – 500 mm + 400 mm =900 mm

El mismo principio se utiliza para escalar el área de trabajo de la máquina en el eje X. Sin embargo, aquí hay una diferencia:si aumentaríamos el tamaño del pórtico, necesitaríamos agregar otro elemento de estructura de celosía.

Escalar el área de trabajo de la máquina CNC en el eje Y.

Tenga en cuenta que aumentar el tamaño de la máquina en el eje X o el pórtico daría como resultado una reducción de la rigidez de toda la máquina, en comparación con el aumento del tamaño en el eje Y, que casi no afecta la rigidez de toda la máquina.

Asamblea

Puede seguir el siguiente vídeo para obtener una guía completa paso a paso sobre cómo construir esta máquina CNC impresa en 3D.

Descripción general de la electrónica

Decidí dividir esta guía de construcción de CNC y explicar la electrónica y cómo hacer el cableado y la caja de control de esta máquina CNC, así como también cómo configurar la máquina y hacer los primeros cortes con ella, en mi próximo video. 

Muy rápido, esta máquina CNC está basada en Arduino y GRBL. Utilicé un Arduino UNO en combinación con un escudo CNC para conectar todo fácilmente y para accionar los motores paso a paso NEMA23 utilicé controladores paso a paso DM542.

El firmware de control de movimiento es GRBL, y para controlar la máquina y enviarle códigos G utilicé el remitente universal de códigos G, ambos son de código abierto.

Quiero decir, no tiene que ser Arduino y GRBL; Podríamos usar cualquier otro controlador CNC con esta compilación CNC, como por ejemplo, LinuxCNC, grblHAL, Mach 3 o Mach 4 y otros. Esta combinación de Arduino y GRBL es la opción más simple y económica para un controlador CNC, pero, por supuesto, carece de algunas funciones avanzadas como control en tiempo real y una mejor capacidad de configuración. Si no te sientes cómodo haciendo la caja de control por tu cuenta, existen cajas de control CNC listas para usar incluso con los cables para los motores paso a paso incluidos.

De todos modos, para obtener una guía detallada sobre cómo construí la caja de control para este enrutador CNC impreso en 3D y cómo configurar el GRBL y controlar la máquina, mira el siguiente video. También habrá un vídeo separado donde te mostraré cómo hacer el tablero de desecho y la zapata para polvo para esta máquina CNC, además de explicarte en detalle cómo empezar y hacer tus primeros cortes en la máquina CNC y cómo hice estos proyectos de demostración que estamos viendo aquí.

Antes de terminar este tutorial, me gustaría mostrarles algunas cosas más, o qué tan rígida y precisa es esta máquina, y cuánto cuesta construirla. 

Rigidez y Precisión

Para demostrar la rigidez de esta máquina CNC, inserté un eje de 6 mm en la fresadora y, usando un indicador de cuadrante, mediré cuánto se desviará la máquina cuando se le aplique una fuerza. Estoy usando un medidor de fuerza y un indicador de carátula para ese propósito.

Las herramientas de medición:
Medidor de fuerza:Amazon | Aliexpress
Indicador de esfera digital:Amazon | Aliexpress

Primero, estoy probando la rigidez del eje X. Con una fuerza de 50 N, la fresa se desvía alrededor de 0,16 mm, o 0,24 mm con una fuerza de 70 N. Por otro lado, la deflexión en el eje Y fue de alrededor de 0,22 mm con una fuerza de 50 N y de alrededor de 0,32 mm con una fuerza de 70 N.

Es un resultado un poco peor, pero era de esperar ya que se trata de una máquina CNC estilo pórtico que normalmente tiene menos rigidez en el eje Y en comparación con el eje X. 

En cuanto a la rigidez del eje Z, medí alrededor de 0,18 mm de deflexión con una fuerza de 50 N y 0,25 mm con una fuerza de 70 N.

Esta rigidez del enrutador CNC dio como resultado una precisión de 0,06 mm al cortar aluminio utilizando avances y velocidades adecuados.

Hice esta pieza de prueba en aluminio con las siguientes configuraciones. Para el desbaste, 4 mm DOC, 1,2 mm WOD y avance de 1200 mm/min. El desplazamiento fue de 0,3 mm. Luego, para la pasada de contorno final, utilice DOC de 2 mm con una velocidad de avance de 500 mm/min. Medí la pieza con un indicador de cuadrante digital y todas las formas en todas las direcciones tenían una precisión de 0,06 mm.

Lo diré otra vez; Creo que es un resultado bastante decente considerando que es un enrutador CNC totalmente impreso en 3D, que utiliza un enrutador recortador y un Arduino y GRBL para el control de movimiento.

Escaparate

Éstos son algunos de los proyectos que hice con esta máquina CNC de bricolaje.

• Relieve 3D

Modelo de Etsy:Ram Head

• Tallado y desbaste con brocas en V

Modelo de Etsy – Caja de corazón

• Incrustaciones CNC

• Grabado en aluminio

• Grabado en latón

Modelo de Etsy – Dragon Head

• Mecanizado de una hélice de aluminio

Sin embargo, estad atentos a medida que llegue más contenido relacionado con CNC. También haré un Discord o similar para que todos compartan su experiencia en la construcción de esta máquina CNC y creen una comunidad a su alrededor para resolver problemas y mejorar la máquina.