引言
大家都知道，要想成為一名合格的創客或 DIY 愛好者， 激光切割機 基本是入門必修課，但是可能會出現很多問題，如果能自己搭建一個，是不是問題就迎刃而解了？
我要分享的項目是去年做的一臺激??光切割機。相信大家都很熟悉激光切割機（又稱 激光雕刻機 激光雕刻機是目前市場上最流行的雕刻機之一（因為可以做激光雕刻作業），也是創客做項目的神器，其快速加工、高效利用板材、實現傳統工藝無法達到的切割工藝等優勢深受大家的喜愛。
通常使用數控機床進行加工時，與激光切割相比，存在以下問題：加工前需要安裝和更換刀具、對刀、噪音過大、加工時間長、粉塵污染、刀具半徑等問題。切割的優越性促使我產生了自己制作激光切割機的想法。
有了這個想法之后，我就開始對這個想法進行可行性研究，經過對各種類型的激光切割機進行多方調研和比較，結合自身條件和加工需求，權衡利弊后，制定了分步搭建方案，采用模塊化設計制作，可拆卸可升級。
歷經60天，機器各部件采用模塊化設計，通過模塊化理念，加工生產方便，最終組裝就夠了，資金壓力也不會太大，所需零件可以分步采購。成品機器尺寸達到1960mm*1200mm* 1210mm，加工行程為1260mm*760mm，切割功率為 100W.可一次性加工大量零件，具有激光切割、雕刻、掃描、刻字、打標等功能。
項目計劃
整個項目制作涉及7大部分，分別是：運動控制系統、機械結構設計、激光管控制系統、導光系統、吹排氣系統、燈光聚焦系統、操作優化等幾個方面。
制作首字母的總體思路是：
1.生產的激光切割機的行程必須大，以填補加工范圍的空白 數控機床 面積不夠大，可以省去預先切割板材的麻煩，還可以利用其激光劃線功能，直接對大板進行劃線，解決了手工劃線的難題。
2、因為行程增加，激光切割機的功率不能太低，否則激光在空氣傳導中會有一定的損耗，所以整體功率不能低于 100W.
3、為了保證激光切割機的精度和運轉平穩，整體材質選擇必須為全金屬。
4、使用操作方便。
5、設計結構可滿足后續升級計劃。
控制板
DIY激光切割機
有了大致的DIY思路框架和計劃，我們就開始制作激光切割機的8個步驟吧。我會詳細說明具體的制作過程和涉及的細節。
第一步、運動控制系統設計
第1步是運動控制系統，我用的是RDC6442S-B（EC）激光主板，這款控制主板可以控制4個軸，分別是X、Y、Z、U，主板自帶一個交互式顯示屏，機器的運行狀態、加工文件的存儲、機器的調試都可以通過操作屏完成，但有一點需要注意的是XYZ軸的電機控制參數需要連接電腦進行參數設置。
例如：空載加減速、切割加減速、空載轉速、電機位置誤差修正、激光器類型選擇等。控制系統由 24V DC，這需要一個 24V 開關電源。為了保證系統的穩定性，2 24V 采用開關電源，一個 24V2A 直接供應主板，另一 24V15A 為 3 個電機供電，而 220V 輸入端連接 30A 過濾，保證系統穩定運行。
控制系統測試
參數設置好之后就可以接上電機進行空轉測試了，這個階段可以驗證電機連接線、電機方向、屏幕運行方向、步進電機細分設置、導入切割文件進行試運行。我選擇的電機是2相57步進電機，長度57mm，因為之前的項目剛好剩下3個，所以抱著不浪費的想法就直接用了。我選擇的驅動器是 TB6600，即普通的步進電機。進入電機驅動器，細分設置為64。
如果希望激光切割系統有更好的高速性能，可以選擇3相步進電機，扭矩較大，高速性能非常好。當然，經過后續的測試，發現2相57步進電機完全可以勝任激光掃描照片時X軸的高速運動，所以暫時就用它，后期需要升級的話再更換電機。
在安全保護系統方面，整體電路布局一定要高壓與低壓分開，走線時要注意不要有交叉，最重要的一點就是一定要接地，因為高壓通過時，金屬框架與外殼會產生感應電，手摸上去會有麻麻的感覺，此時一定要注意有效接地，接地電阻最好不超過4歐姆（需測試地線），防止觸電事故，另外總電源開關也需加漏電保護開關。
限位開關
操作面板上還需要安裝急停開關，帶鑰匙的電源開關，各運動軸的X、Y、Z軸限位開關，激光管恒溫水保護開關，開蓋保護的急停開關，提高激光切割機的安全性。
電路布局
為了方便后續維護，每個端子都可以貼上相應的標簽。
第二步、機械設計
第2步是機械結構的設計，這一步是整個激光切割機的重點，機器的精度，機器的運轉都需要通過合理的機械結構來實現。在設計之初，面臨的第1個問題就是確定加工行程，而加工行程的制定需要有一個初步的指導思想，需要多大的加工范圍呢？
結構設計
木板的尺寸是1220mm* 2400mm為了盡量減少砧板的數量，木板的寬度為1200mm 作為長度加工范圍，加工寬度必須大于600mm，所以我把寬度設置為大約 700mm，以及長度和寬度每個加 60mm 長度用于夾緊或定位。這樣可以保證實際有效加工范圍為1200mm* 700mm根據處理行程范圍的大致估算，整體尺寸接近2米，沒有超出快遞運送的最大范圍2米，符合要求。
五金配件
接下來就是采購五金配件，激光頭，一防，二防，同步帶輪等等。我選的是歐標的 4040 主框架采用厚鋁型材，因為XY軸的安裝精度決定了以后的加工精度，材料一定要扎實。激光頭X軸橫梁部分采用 6040 厚鋁型材，寬度大于 4040 Y軸的傾斜度，因為激光頭在中間位置時，如果強度不夠，鋁型材會變形。
五金配件
XY軸結構設計
在設計XY軸結構之前，首先要測量并畫出五金配件及各個零部件，然后通過AutoCAD軟件進行結構設計。
XY軸結構設計
X軸的傳動是由步進電機通過同步帶輪減速后輸出到同步帶，同步帶的開口端與激光頭相連，X軸步進電機的轉動帶動同步帶移動，使激光頭橫向移動；Y軸的傳動相對來說稍微復雜一些，要讓左右直線滑塊用一個電機同步移動，需要用2個直線模組并聯一個光軸，然后光軸再由步進電機驅動，同時帶動2個直線滑塊移動，這樣就能移動Y軸，使X軸始終處于水平位置。
零部件加工及裝配
設計完成后，接下來就是零件的加工和組裝，加工X軸隔板， 3D 打印Y軸光軸支架、組裝鋁型材框架、安裝直線導軌等，最關鍵也是最繁瑣的就是精度的調整，這個過程需要反復調試，需要耐心。
Y軸連接光軸
1、光軸由2個聯軸器及光軸支架固定。
2、加工X軸墊板，用于將X軸鋁型材和Y軸的2個直線模塊連接起來。
3、在XY軸鋁型材框架安裝過程中，必須保證框架的垂直度和平行度，因此在安裝過程中需要反復測量，以確保尺寸準確。在Y軸上安裝2條直線導軌時，確保導軌與鋁型材平行，并用百分表測量，確保平行度在±XNUMX°以內。 0.05mm.
安裝X軸激光頭、直線導軌、坦克拖鏈和步進電機
4、安裝直線導軌時，需要保證導軌與鋁型材平行，每節導軌需要用百分表測量，保證平行度在 0.05mm，為后續的安裝打下了良好的基礎。
固定 X 軸位置
5、安裝Y軸同步帶，首先保證X軸處于水平狀態，用百分表標尺測量，測量后發現鋁型材本身的曲率約為 0.05mm，因此水平精度應控制在0.1mm （最好將2個百分表復位為零），用卡子將2個滑塊及X軸的位置固定住。
將正時皮帶穿入兩側
6.將兩側正時皮帶穿過，左側正時皮帶固定好，然后將左側接觸式百分表歸零，測量另一側水平誤差，將水平誤差調整到0以內。1mm，并用卡子固定。再固定右側同步帶。此時由于右側安裝操作，水平誤差肯定會增大。然后將百分表再次移到左側歸零，松開右側聯軸器，移動X軸。滑動滑塊，調整水平誤差在0以內。1mm，并用卡子固定扭矩聯軸器。
7.現在可以松開兩邊的夾鉗，測試Y軸移動時X軸是否處于水平位置，扭動Y軸同步輪，重復前面的測量過程。如果發現X軸不同步，可能是兩邊同步帶的松緊度不一樣或各結構精度沒有調整好，那么就需要回到上一階段，重新調整一次。只要調整好同步帶的松緊度，就要重新調整X軸，直到Y軸移動時，X軸始終在0的水平誤差范圍內。1mm. 記住在這個階段要有耐心。
調整 XY 軸框架
8、檢查兩邊正時皮帶的松緊度是否一致，以輕輕下壓1-2cm深度為宜，使兩邊的深度保持一致。
9、安裝步進電機，安裝電機時需要注意調整其松緊度，同步帶過松會造成運動反沖，過緊會造成同步帶斷裂。
安裝 Y 軸步進電機
測試機械機構穩定性
連接控制系統測試機械結構的穩定性，連接電腦調試電機參數，測量繪制的圖形與設計尺寸的偏差，根據實際距離偏差調整步進電機的脈沖量，檢查機構是否有反向間隙。各行程是否連貫，交點是否連通。進行重復繪制，通過重復繪制檢測重復定位精度。當然，也可以通過固定百分表、儀表等方式檢測機構的重復定位精度。
連接控制系統進行測試
重復繪制3次后，可以看到所有筆畫都是一個地方，沒有任何重影，說明重新定位沒問題。目前XY軸已經可以繪制圖形了，如果加上提筆功能，就可以變成大型繪圖儀了。當然，真正的目的是為了做激光切割機，所以還需要繼續努力。
XY軸完成后，下一步是制作Z軸。在制作Z軸之前，我們需要做 3D 建模設計整體框架，由于Z軸與切割平臺相連，固定在框架模塊上，所以必須一起設計制作，Z軸實現上升、下降功能，再將XY軸模塊直接放在其上，組合起來即可實現XYZ軸的功能。
設計 Z 軸升降平臺
利用Solidworks建模，設計激光切割工作臺整體框架及Z軸結構。通過 3D 從這個角度看，結構性問題能夠被迅速發現并迅速糾正。
移動平臺建筑
框架和結構做好了，就可以制作機器底部的移動平臺了，整個激光切割機就放在平臺上，機器比較大，如果要制作激光切割工作臺面再搬上去，不太現實，而且工藝上也會影響機器的精度，所以只能制作底部移動平臺。
1.現在開始搭建底部的可移動平臺，先購買1加厚方鋼用來制作框架。
2、方鋼一根一根焊接而成，完成后非常牢固，整個人坐在上面也沒有問題。
3. 將 4 個滾輪焊接到框架上，并留出 600mm 左側留有縫隙。主要是為了預留恒溫水泵和氣泵的空間。現在移動平臺的框架已經焊接好了，需要在頂部和底部安裝一層木板。
4. 搭建機器框架，從網上購買鋁型材。模型是 4040 國標鋁型材。使用這種國標鋁型材的主要原因是重量比較輕，安裝后容易搬運，強度好，四周的圓角比較小，方便后續鈑金面板的設計和安裝。
在客廳里搭建一個機架，太大了，放不下。
組裝 XY 軸及機架
5、組裝XY軸與機架，將完成的機架放到移動平臺上，再將調試好的XY軸安裝到機架上，整體效果還是不錯的。
6.開始制作Z軸支撐片，在鋁片上劃線，確定孔位，鉆孔攻絲，制作4片一模一樣的支撐片。
組裝 Z 軸升降螺釘
7、組裝Z軸升降絲杠，組裝T型絲杠、同步帶輪、軸承座、支撐板、法蘭螺母。
8、安裝Z軸升降絲桿、步進電機、同步帶。Z軸升降原理：步進電機通過兩邊張緊輪張緊同步帶，電機轉動時帶動4個升降絲桿同向轉動，使4個支撐點同時上下移動，切割平臺與支撐點連接處同時上下移動。安裝蜂窩板時需要注意平整度的調整，用百分表測量整個框架的h8差，將h8差調整為0。1mm.
氣路結構、激光光路、鈑金蒙皮等機械結構，后面涉及到相應系統時會詳細講解，接下來介紹第3部分。
第三步、激光管控制系統設置
1。 選擇 CO2 激光管型號。激光管分為玻璃管和射頻管兩種。射頻管采用30V低壓，精度高，光斑小，壽命長，但價格昂貴；而玻璃管壽命約1500小時，光斑較大，采用高壓驅動，但價格便宜。如果只切割木材、皮革、亞克力等，玻璃管完全可以勝任，目前市面上大部分激光切割機都采用玻璃管。由于成本問題，我選擇了玻璃管，尺寸為1600mm*60mm，激光管冷卻需要采用水冷，而且是恒溫水。
激光電源
我選擇的激光管電源是 100W 激光電源。介紹激光電源的作用。激光管正極發出近萬伏的高壓，由于激光濃度高， CO2 在高壓放電激發管內通入氣體，在管尾產生波長為10.6um的激光，注意這個激光是不可見光。
CW5000 冷水機
2、選擇冷水機。激光管在正常使用過程中會產生高溫，需要通過水循環進行冷卻。如果溫度過高不及時冷卻，會對激光管造成不可逆的損壞，導致激光管壽命急劇下降甚至爆裂。水溫下降的速度也決定了激光管的性能。
冷卻方式有2種，一種是水冷，一種是空氣冷卻，一種是使用空氣壓縮機冷卻的冷卻方式。如果激光管約 80W，空氣冷卻可以勝任，但如果超過 80W必須采用壓縮機制冷方式，不然熱量根本抑制不住，我選的恒溫水是 CW5000 型號。如果升級激光管功率，這款恒溫水依然可以勝任。整機包含溫控系統、儲水桶、空壓機、冷卻板等模塊組成。
3、安裝激光管，將激光管安裝到管座上，調整激光管h8使之與設計高度一致，注意輕拿輕放。
激光管安裝
連接恒溫水出水管，需要注意的是進水口先從激光管正極進入，激光管正極進水口要朝下，冷卻水從底部進入，再從激光管負極上方出來，再經過水循環保護開關回到回水口。恒溫水箱完成一個循環，當水循環停止時，水保護開關斷開，并反饋信號給控制板，控制板關閉激光管，防止過熱。
連接電流表
4、激光管負極接上電流表，再接回激光電源負極，激光管工作時，電流表可以實時顯示激光管的電流，通過數值可以對比設定功率與實際功率來判斷激光管工作是否正常。
5、接好激光電源、恒溫水、水保開關、電流表的電路，準備好防護眼鏡（因為激光管發的是看不見的光，所以要用10.6um的專用防護眼鏡），把激光管的功率設置為40%，打開點亮模式，把測試板放在激光管前面，按下開關發射激光，板子瞬間被點燃，測試效果很好。
接下來就是調整光路系統。
第四步、激光管光導系統設置
第四部分是激光管導光系統設置。如上圖所示，激光管發出的激光經過一面鏡子折射4度到第二面鏡子，第二面鏡子再折射90度到第三面鏡子。折射使激光向下射向聚焦鏡，聚焦鏡將激光聚焦成非常精細的光斑。
本系統的難點在于加工過程中不管激光頭在什么位置，聚焦的光斑必須在同一點，也就是說在移動的狀態下光路必須重合，否則激光束就會發生偏轉，無法出光。
1面鏡光路設計
鏡子支架的調節過程：鏡子與激光呈45度角，難以判斷激光點，需要 3D 打印輔助調節的45度支架，通孔處貼上美紋紙，開啟激光。點射模式（開啟時間0.1S，功率 20% 防止穿透），調整支架的高度、位置、旋轉角度，使光斑控制在圓孔的中心。
二面鏡光路設計
通過測量獲得8號鏡支架的精確安裝位置和安裝h2 3D 設計2面鏡軌跡，并用游標卡尺測量準確安裝2面鏡支架（先安裝到初始位置）。
調整第一面鏡反射角度
調整1面鏡角度的過程：移動Y軸靠近鏡子，打點，再移動Y軸末端遠離，再次打點。此時會發現2點并不重合，如果近點偏高，遠點偏低，則需要調節鏡子向上旋轉，反之亦然；接下來就是繼續打點，遠點和近點，如果近點在左邊，遠點在右邊，則需要調節鏡子向左旋轉，反之亦然，直到近點和遠點重合為一個點，就說明2面鏡光路完全平行于Y軸移動方向。
第三面鏡光路設計
調整2面鏡角度的過程：將Y軸移到1面鏡，然后移動X軸到近端，做激光打點，再將X軸移到遠端，再做激光打點，此時觀察是否近點較高，遠點較低，則需要調整2面鏡向上旋轉，反之亦然。下一步繼續做點，一點遠一點近，如果近點在左邊，遠點在右邊，則需要調整2面鏡向左旋轉，反之亦然，直到近點與遠點重合為一點，也就是說近端3面鏡的光路與X軸的運動方向完全平行。然后將Y軸移到遠端，在X軸的近端和遠端各標記一個點，如果不重合說明2個鏡路不重疊，需要返回調整1面鏡的角度，直到Y軸近端的X軸上的2個點和Y軸遠端的X軸上的2個點和4個點完全重合。
其實調整到了這一步還沒有結束，觀察第3面鏡鏡片支架的光點是否在圓心，當光點偏左的時候需要將第2面鏡鏡片支架往后移，反之則往上移。調整整個激光管的位置往下移，反之則往上移。換第2面鏡支架的時候需要把調整第2面鏡鏡片角度的過程再重復一遍，換激光管的h8的時候需要把整個鏡片調整過程再重復一遍（包括：第1面鏡支架、第1面鏡鏡片和第2面鏡的調整過程），再做一遍點，直到光點在中心位置，4個點完全重合為止。
調整第三面鏡反射角度
3面鏡角度調整過程：鏡子的調整是在鏡子的基礎上增加2個Z軸升降點，也就是8個點，調整的原則是先確定1個點的升降點然后把X軸移動到另一端，再打升降點，如果光斑高點高于低點，就需要把4面鏡鏡片往后旋轉，反之則往右旋轉，反之則往左旋轉。
如果光點始終調整不準重合，說明3面鏡光路與X軸不重合，需要返回調整2面鏡鏡片角度，需要返回調整激光管h8，再從反向支架開始重新調整，直到8點完全重合。
對焦鏡頭
對焦鏡頭有四種：4、50.8、63.5、76.2，我選的是101.6的。8mm.
將聚焦鏡放入激光頭的圓柱體中，凸面朝上，放置一塊傾斜的木板，移動X軸，使每一點 2mm，找到光斑最薄的位置，測量激光頭到木板的距離，這個距離就是激光切割最合適的焦距位置，光路在這一步已經調整好了。
第五步、吹氣排氣系統設置
第五部分是吹氣排氣系統的設置。激光切割時會產生濃煙，濃煙顆粒會覆蓋在聚焦板上面，降低切割功率。解決辦法是在聚焦板前面增加氣泵。
我選擇的氣泵是空氣壓縮機氣泵，主要是氣壓比較高，切割時可以利用氣體的作用提高切割效率。輸出信號從主板接出來控制電磁閥，電磁閥控制氣泵吹氣。
激光切割木材項目
安裝完成后，我迫不及待地想試切一下 6mm多層板，可以順利切穿，效果很理想，唯一的問題是排風系統沒有配套齊全，煙霧比較大。
按設計尺寸切割不銹鋼板，鉆孔后用螺絲將不銹鋼板固定，整機完全封閉，只留有進風口和出風口。
排氣扇固定在墻上，需要制作支架。
3D 印刷出風口
中壓風機采用 300W 電源，根據自身鋁合金窗的尺寸專門設計的矩形出風口。
第六步、 照明和聚焦系統設置
第六部分為燈光及調焦系統，采用獨立供電6V的LED燈帶，在控制系統部分、處理區、存儲區同時增加LED照明。
在激光頭后面加了一個十字激光頭用于調焦，采用5V獨立電源，配有獨立開關，激光頭的位置由十字線決定，水平激光線用來判斷板子的深度，如果板子不在中心說明板子不平整或者焦距調節不當，可以調節Z軸向下調焦，把水平線調到中心即可。
安裝激光十字焦點
第七步、 操作優化
第七部分是操作優化。為了方便緊急停止，在頂部靠近工作面的位置設計了急停開關，側面安裝了按鍵開關、USB接口和調試口。正面設計了主電源開關、吹排風控制開關、LED照明開關、激光對焦開關，使所有操作都可以在一個面板下完成。
開關按鈕布局
機器兩側設計有柜門，左側用于存放激光切割機使用的工具，右側用于檢查和維護。正面底部有檢查窗，當有工件掉落時，可以從底部取出。還可以觀察激光功率是否足夠，是否及時切割完畢，以便及時增加功率。
我還增加了一個腳踏板，當需要啟動激光切割機的時候，只需要踩下腳踏板就可以完成操作，省去了繁瑣的按鈕操作，非常快捷方便。
第八步、 測試和調試
最后還需要對激光切割系統的功能進行測試，在使用過程中改進切割參數以達到更好的效果，并對激光切割、激光雕刻等功能進行調試。
激光切割項目
至此，整個激光切割機已經搭建完畢，制作過程中遇到的一些瓶頸和困難，通過努力一個個被克服了。這次DIY經歷非常寶貴，通過這個項目，讓我學到了很多關于激光切割機的知識，同時也非常感謝行業大佬們的幫助，讓這個項目少走了彎路。
常見問題
DIY激光切割機應該使用哪種類型的激光光源？
DIY組裝中最常見的選擇是 CO2 玻璃激光管，通常位于 40W-100W 的特點。 CO2 管材價格實惠、隨處可得，并且能有效切割木材、亞克力、織物等非金屬材料。了解不同管材之間的區別至關重要。 激光發生器 這項工作可以幫助您選擇適合所需材料的光源。光纖激光器在金屬加工方面性能卓越，但價格昂貴得多，而且集成到自制框架中也更為復雜。
我需要什么軟件才能運行自制的激光切割機？
DIY激光切割機需要設計軟件（例如Inkscape、LightBurn或CorelDRAW）來創建矢量文件，還需要控制軟件來將這些設計轉換為機器運動。大多數自制系統都使用開源控制器，例如GRBL或Smoothieware。如需更深入地比較兼容的選項，請參閱本指南。 激光雕刻切割機軟件 涵蓋了家用和商用機器中最常用的程序。
DIY激光切割機與工廠生產的機器相比有何不同？
DIY 自制機器雖然前期投入成本較低，但通常會犧牲精度、安全性和可靠性。工廠生產的機器配備了校準過的光學元件、封閉式切割腔、完善的通風系統以及 CE/FDA 安全認證，這些都很難在家中復制。 激光切割機的工作原理 從技術層面來看，這揭示了從光束對準到輔助氣體輸送等諸多工程細節如何才能實現一致的切割質量。
自己組裝一臺激光切割機更便宜還是買一臺更便宜？
一個基本的DIY CO2 激光切割機的零部件價格在 500 到 2,000 美元之間，但隱藏成本會迅速累積：例如反射鏡、透鏡、冷卻系統、排氣扇、電線和外殼材料。再加上組裝時間和故障排除費用，總成本就更高了。 業余愛好CO2 激光切割機和雕刻機 通常情況下，它能提供更好的價值，包括保修服務、技術支持以及開箱即用的高性能。
組裝激光切割機時，哪些安全預防措施至關重要？
激光輻射、高壓電源和有毒煙霧是三大危害。所有DIY項目都必須配備適用于激光波長的合適護目鏡、封閉式切割室（用于容納光束）、帶活性炭過濾的排氣系統以及滅火措施。審查既有的 數控機床安全問題 為您提供安全操作的基本檢查清單。忽略任何一項預防措施都可能導致嚴重人身傷害、火災或有毒物質暴露。
我可以制造一臺既能激光切割又能雕刻的機器嗎？
是的，大多數DIY激光切割機都可以通過調節功率輸出和速度設置來進行雕刻。在低功率和高速度下，激光會去除表面材料而不會切穿，從而在木材、亞克力、皮革和陽極氧化鋁上雕刻出圖案。雕刻質量很大程度上取決于光束聚焦精度和運動系統的剛性。如需了解可實現的效果，請參閱此概述： 激光切割機有什么用途？ 涵蓋各種材料類型的切割和雕刻應用。
