Une perforatrice laser
Précédente Suivante

 

Accueil

 

L'idée est dans l'air comme on dit ;o). Et puis, à la faveur de la commande d'une petite machine CNC, je me suis retrouvé en possession d'un laser destiné à la gravure et qui faisait partie du lot. Alors la tentation était grande de tester cette technique pour nos cartons.

La machine utilise massivement du "made in China" : Le laser lui-même, mais également les moteurs et l'électronique de contrôle, en passant par le guidage linéaire ou la vis de translation. Le reste c'est de la récupération, un peu de bois et quelques bouts de tôle d'aluminium.

 

Caractéristiques

bulletAfin de simplifier sa construction, la machine prend en charge uniquement le format 27-29 notes en 130 mm de large.
bulletPas de course à la vitesse de perforation. Il s'agit avant tout de découvrir la technologie.
bulletMachine autonome ne nécessitant pas obligatoirement la mobilisation d'un PC.
bulletPerforer du carton, mais aussi du papier.

Construction

Le coffret fait office de chemin de carton. On y trouve un galet d'entrainement avec son presseur et surmonté en son centre d'une sorte de portique qui soutient le laser et assure son déplacement. Le laser est un "20 W" de marque Neje. La vraie puissance de la led qu'il renferme est de l'ordre de 5 W.

 

Il y a deux moteurs principaux : Le moteur X qui actionne la vis de déplacement du laser et le moteur Y relié par une courroie à un galet qui fait avancer le carton.

 

Particularité

Dans ce type de perforation, on effectue des aller-retour permanents dans le sens Y afin de découper les trous. Avec du carton, cela se passe très bien, mais il en va tout autrement avec du papier dont la rigidité est quasi-nulle.
D'où un troisième moteur dit moteur Y secondaire dont le rôle est d'assurer la tension du papier lorsque l'on choisit ce type de support. Ce moteur actionne un galet dont le développement est quasi-identique au galet Y principal. Ce galet est surmonté d'un presseur monté sur un palier incliné.

Le fonctionnement est le suivant :
- Dans le sens Y+ le moteur secondaire ne tourne pas. Le galet principal tire le papier. Grace aux paliers obliques, le presseur secondaire laisse aller le papier qui est néanmoins retenu par friction sur le galet en-dessous, immobile dans ce cas. Le papier reste donc tendu.

- En Y- les deux moteurs tournent et reçoivent le même nombre d'impulsions. Le driver du moteur principal est réglé en 1/16 de pas alors que celui du moteur secondaire est en 1/8. Ce dernier tourne donc 2 fois plus vite. La papier est fermement maintenu par les ressorts de son presseur sur le rouleau d'avance principal qui impose son débit. Le presseur secondaire n'agit que par sa masse et il y a donc patinage au niveau du galet secondaire. Du fait de la plus grande avance de celui-ci, le papier est mis en tension et recule sans le moindre faux pli.

   

A l'usage, ce système est particulièrement efficace et on perfore sans soucis du papier même très fin.

L'électronique

Il s'agit d'une carte usuelle du monde des graveurs laser et autres machines CNC tournant sous Grbl 1.1. La carte que j'ai utilisée est une Makerbase MKS DLC V2.0, mais ce n'est qu'une possibilité et beaucoup d'autres modèles peuvent convenir.

 

Le moteur Y secondaire est alimenté par un driver situé en position Z pour récupérer les alimentations, mais avec des impulsions de commandes provenant du sens Y et dont on ne conserve que le sens Y- grâce à quelques portes Nand d'un 7400 sur la cartelette qui lui est adjointe.

Une alimentation à découpage de 12V 2A complète le tout.

Perfo_L

Fidèle à mes habitudes, j'essaye de réaliser tout ce que je peux moi-même. J'ai donc écrit un bout de soft minimal appelé Perfo_L pour générer le gcode et contrôler la machine en l'absence d'un contrôleur autonome.

L'optimisation de trajet exécute une sorte de zig-zag "mou" qui ramasse sur son passage tous les points qui sont inclus dans une fourchette paramétrable. J'ai aussi essayé un algo type Dikjstra travaillant par pages, pour des résultats quasi-identiques en termes de temps de perforation d'un carton complet.
Afin de simplifier l'utilisation, la commande de Homing ($HX) est intégrée dans le fichier gcode ainsi qu'une définition des axes par un G92 Xii Y0 où ii est la distance en mm entre le point d'origine (homing) et le bord du carton. Cette information, de même que la vitesse de travail souhaitée font partie des paramètres à renseigner dans le logiciel (Outils/paramètres de perforation).

 Exemple de début de fichier :

;gcode laser du fichier : En revenant de la revue.mid
$HX ;Recherche de l'origine X
G92 X5 Y0 ;La position de homing est à 5 mm de l'origine de l'axe X
M4 S1000 ;Laser puissance 1000. M4 = puissance adaptative selon vitesse
F800 ;Vitesse : 800 mm/minute
G0 X13.2 Y28.26
G1 X16.2
G1 Y43.26
G1 X13.2 S1000
G1 Y28.26 S1000
etc.
..

A l'usage, la manipulation est simplissime :

bulletQuand le logiciel est lancé, la connexion au port COM est automatique dès le branchement du câble USB.
bulletPuis on ouvre un fichier midi et on clique "Perforer".
bulletSi on veut travailler avec le module autonome, le fichier gcode se trouve dans le répertoire Mes documents/Perfo_L/Temp genre : nom_du_fichier_midi.gcode. Il suffit de le transférer sur une carte SD.

Pour la mise au point :

bulletPar le menu Outils on peut charger dans le microcontrôleur une version de Grbl 1.1 compilée avec l'option permettant le homing X seul. (Il s'agit simplement d'un commentaire supprimé dans le config.h sur la ligne : #define HOMING_SINGLE_AXIS_COMMANDS)
bulletOn peut également envoyer des commandes Grbl, observer la réponse ainsi que définir les paramètres $. Voir ci-dessous la liste des paramètres que j'utilise. Pour modifier un paramètre, taper $paramètre = nouvelle valeur. Ex $110=2000 (vitesse X à 2000).

Le logiciel fonctionne sur tout OS allant d'un antique W98 à Windows 10 en passant par XP, W7, W8... et peut être téléchargé ici.

Le cas échéant, mes fichiers de personnalisation d'un module autonome type MKS TFT24 (binaire modifié, icones et configuration) sont ici. Il suffit de déposer le tout à la racine d'une carte SD que l'on insère dans le lecteur du module avant de mettre celui-ci sous tension. La mise à jour s'effectue ensuite automatiquement.

Action

La machine au travail, successivement sur du carton à F500 et du papier à F2000. C'est du carton de récupération de 4/10 mm d'épaisseur qui a la particularité d'être hydrophobe. Il était utilisé pour envelopper les bobines de papier journal dans les imprimeries, "était" car aujourd'hui on utilise des plastiques. Il ne se laisse pas facilement brûler non plus. D'où le F500 seulement.

Des chiffres

Pour les personnes qui souhaiteraient réaliser quelque chose de semblable...
- Dimension hors tout : 32 x 23 cm pour une hauteur de 20 cm. Pas réussit à faire plus gros ;o)
- Rouleau d'avance principal diamètre 20 mm. Rapport de poulies : 1/3
- Rouleau secondaire en diamètre 14 mm. Rapport d'engrenages : 1/2

Quelques liens

bulletUn laser 20 W  : Neje
bulletMoteurs pas à pas : Nema 17-40
bulletCarte électronique et commande autonome : MKS DLC V2.0 + MKS TFT24

Conclusion

Ca perfore, très bien. Mais... il faut tout de même prendre soin d'évacuer les fumées ! Une sorte de mini-extracteur a été construit à l'aide de 3 ventilateurs qui aspirent au travers d'un morceau de filtre à charbon actif de hotte de cuisine. Mais cela diminue à peine l'odeur. Il faut quelque chose de réellement plus sérieux et... qui sera forcément plus encombrant.


Ceci étant, même avec un moyen d'évacuation des fumées efficace, on manipule tout de même du feu. Et je ne laisserais certainement pas ce genre de machine fonctionner une journée entière toute seule avec une liste de morceaux à perforer comme je l'ai fait quelques fois avec ma machine à poinçon mécanique. Je pense qu'il est sage de ne jamais en être trop loin...