Maker + T = Market 造訪社團 » 雷射相關

全新鋁結構（游仁亨大大提供）、主要作為3DP 整合 CNC 、雷射、割紙器、四進一出模組等應用的試驗平台。

[簡直垃圾堆]

現在的第一任務是把車床弄便利些。

所以預計

1. 把光學尺移高（省空間）
2. 加裝一個400倍的光學系統來觀看加工過程，不然其實加工小東西有些吃力。
3. 加裝光軸軌道，可以用來固定CCD
4. 加裝雷射測距，用校正和量測刀面高度

最後是預計在一旁加入切削液循環系統。

PS. 除了雷射測距是買新的以外，其他都是回收場版本或者二手的。所以其實沒花什麼錢～～～

PS2. 因為固定件還得丈量尺寸加工，暫時先用膠帶貼起來看定位狀況。

[好物推薦 - 雷射測距]

不到500塊，使用簡單，清楚明瞭，還有中文語音。

而且還真準。

皮尺可以丟了XDDDD

[INVENTOR創客基地]

這個週末下雨，所以把手上的網站改寫了一下，也替未來的發展定調。

這二年（從買ATOM開始算），從玩 3DP，到自製雷射模組，到玩 DIY 的雷射切割，再玩了 CNC。其實都是一個熟練的過程，讓自己能對手上的工具有精準的掌握。

結合過去對 IT 的經驗和資源，以及很多過去的構想、現在的新技術，是時候開始著實這些看似遙不可及、又像嘴砲唬爛的想法和發文了。

而這些東西，不會停留在只是ＰＯ到臉書上分享的訊息而已，而是希望能更全面的落實，應用，甚至生產。

因此，臉書或粉絲團上的訊息和機制，只會是其中的縮影，更完整的東西還是會以網站上的為主。

所以，有興趣的人，可以關注我的另一個網站。

http://www.inventor.com.tw

期待往後能有越來越多有趣的想法被落實出來～～

[PROTON+ 越搞越複雜]

https://youtu.be/zVOWcXLuvTo

幾個小改和想改的地方:

1. 因為進料方式的關係(實際操作你會發現很不順,卡卡的.因為你只有兩隻手), 所以打算在進料口作一個斷料偵測, 以及可前進後退的開關, 按了之後進料馬達就會處於進料或退料狀態, 方便進退料. 所以可以看到進料管上另有安排排線. 然後到進料臂這邊時是採快拆方式安裝, 方便拆裝.

2. 因為 1. 的關係, 我在思考那進料臂還有存在的必要嗎? 還是它可以改變設計? 畢竟在 PROTON 上面, 這個地方頗浪費空間的. 若拿來放風扇還更實際.

3. 原本進氣孔打算作成 PROTON 的 Logo, 但發現強度不佳, 尺寸不對. 所以簡單作成柵欄式的. PROTON 字樣準備事後用雷射打在下方留白處. 以消光/亮面的差異來突顯 Logo 質感.

4. X, Y 軸都採用光學限位, 其實蠻準的. 而且是在 FUSION 360 裡直接畫圖輸出, 定位都超準. 連帶相關孔位和尺寸, 這些都很好處理.

5. 中心方塊打算改為採用壓克力直接 CNC，再進行拼接膠合。

6. 準備加裝 LED 燈條，作為系統狀態顯示。

只可惜, 事前經驗不足. 所以忽略掉元件間的相互干涉和結構尺寸, 因此列印空間並不是剛剛好在列印平台中間. 這點是很可惜的. 這也突顯了這台只能是 beta version. 不會釋出任何圖面.

[關於 CNC]

在講 CNC 之前，首先要先把背景交待一下，稍候話題有跳脫的就不會回覆，不然這個議題太大。
第一，我是唸機械的，但那時還在車床銑床的傳統工法年代，CNC沒接觸過。
第二，在那個講究專才的時代裡，我念的東西很廣，但幾乎都是自修的，所以我現在的工作很多元，目前正在思考將能量集中的最佳切入點。
第三，繪圖在286年代時，AutoCAD我很熟，但在它差不多從 2D 開始轉 3D 時期，我就去忙別的了。

關於 CNC ，一言以蔽之，就是「工欲善其事，必先利其器」。

對於目前角色是經紀人的我來說，會從網路行銷、實體活動再回頭來看 3DP, CNC, Laser 這些 maker 們熱衷的東西，主要
的原因在於看到未來的市場需求以及人們的能力指標改變。那麼，究竟該作到什麼程度或用什麼方式達成，就有很多不同的思考方向了。

而我設定的目標只有八個字：心想事成、隨手可得。

現在開始來談 CNC。

CNC 簡單來講，就是你想作的東西，只要想好、畫好，然後機器就幫你作出來，不用自己動手加工。這樣講好像很簡單，但其實裡面處處是細節，是關卡。

首先，你想作的是什麼東西？很多 maker 可能聽到 CNC 就高潮了（我也是），但你想作的是什麼東西、什麼尺寸、什麼形狀、什麼精度、有多少預算，可能就把你推向不同的發展方向了。
關於這部份，建議是在 CNC 相關社團或者自己專注的社團裡留意相關的應用需求和發展，會比較清楚目前作到什麼程度，有那些選擇，要什麼代價。

關於「想好」，當你要作一個東西前，你得先想好這個東西可以怎麼作，有什麼差別，有那些工具。這過程當中，加法、減法都有可能，公規或特規也有可能。
這部份可能是最大的挑戰，因為對每個人來說，熟悉的工法和手上的資源差異很大，同樣一個問題，可能會有很多不同的解法。
這時候，你必須很清楚自己的需求和選擇，然後行動。

關於「畫好」，在離開機械領域二十幾年後，雖然 AutoCAD 還會，但其實一開始我也真搞不懂現在 3D 軟體的繪圖概念，慢慢從 123D design 到現在的 FUSION 360，我發現那是 scope 的改變。
以前的 AutoCAD 是在一個絕對座標概念下的產物，所有的繪圖必須從座標系統開始，然後一直延伸。現在的繪圖軟體走的是一個相對座標的概念，它可以有很多東西個別存在，然後從每個東西去看彼此的相對關係。
熟悉操作之後，就必須把自己想好的東西和作法畫出來，並且盡量在實際動工之前把設計的成果確認好，而不是邊作邊改，這樣會很沒有效率。

關於「機器就幫你作出來」，這是非常簡化的說法，但大原則就是「工欲善其事，必先利其器」。
也就是說，你必須完全清楚整個加工的過程需要那些步驟、用什麼材料、用什麼工具、有什麼問題、能怎麼解決或避免。
一切原本在人工操作下可以被執行的製程都確認後，再看你用什麼機器、用什麼軟體去控制它，然後用什麼 SOP 去防呆，確保成品的良率。

個人應用實例 - PROTON+ 鋁質固定隔板

‧想法
以我用 CNC 來切割 PROTON+ 需要的鋁質固定隔板來說，它的目的在於強化 PROTON+ 的幾根光軸的結構剛性、方便固定列印頭的塑料組件。
所以它就是被設定成 3mm 的鋁板，然後挖一堆螺絲孔、光軸孔和排線槽而已。
但是螺絲孔的定位必須準、尺寸必須準，才能固定得好，然後被包進列印頭裡。

‧畫法
我的 PROTON+ 是按照 ATOM 原本的 PROTON 用料和結構去走，但根據自己對 3DP 和機構的了解去作修正，再結合先前試作 PROTON 時發現的一些不方便的地方去作改良。
然後是在 123D design 裡面進行繪圖，基本的物件都先個別畫出模組，然後再進行組裝定位、修正相關零件的長度（尤其是螺絲）。

‧加工
受限於我手上這台鋁擠型組成的 CNC 強度有限，而且只有三軸，所以我個人的目標只設定在能加工基本的鋁材，了不起就是切割一下、挖一些孔為主。
在爬了一些文章發現一些小功率的主軸可能沒那麼實用的情況下，我最後選擇了木工用的修邊機來當主軸（反正木頭加工也是我的重點之一），然後用功率調變器來控制轉速，但扭力其實有影響，只能將就。
受限於這台 CNC 是採用 arduino + CNC shield 以 grbl 去作控制，這算是非常陽春的控制系統，基本上只作到了作動，其他很多 CNC 系統裡的常見功能它都不支援，所以用法也很陽春。
其他的常見功能很多，也沒有標準，像是：定位偵測、光學校正、工具更換、主軸控制、冷卻系統、刀具修正、.....。重點是你準備花多少錢買怎樣的東西。

所以，我的作法先是用一片鋼板來當作壓艙石，減少整個機台的配重失衡，減少震動，也提升平面度。（不然密集板其實很軟的，太大的震動很容易影響到刀子的精度和提高風險）

固定方面，因為這個 CNC 架構的 Z 高有限，加工的力量也有限，所以採用網路上很常見的雙面膠固定法。其實還不錯用。
底材主要是以木心板為主，用雙面膠貼在上鋼板上，然後再將材料固定在木心板上。
在這裡，如果要小量生產的話，就可以考慮作個簡易的治具，定位上就會快很多。但這也跟你的原材料有關，如果原料尺寸不準，這個就不準。
另外，因為沒有 WCS 量測功能，所以自動修正定位就別想太多。

固定好了之後，換刀和定位的問題也很重要。
所以我的作法是反向操作，先捉好材料擺放的位置、刀具運動的空間，然後對好加工的定位點，之後再把刀具移到某個方便換刀的位置，當成 HOME。
然後，我用了一個平常應該不會有人這樣玩的取巧方法，就是拿二個螺絲固定在軌道上，頂住ＸＹ的滑台。
這樣，只要滑台移到這二個位置後，就是回到 HOME 了。
這時，不管你怎麼換刀，基本上它的中心都是準的。

換完刀後，再看加工定位置和 HOME 的距離是移動多少，把刀移回去，然後調到 Z = 0.5 左右，就可以準備加工了。
當然，在加工前，會以更安全的距離實際試跑過，然後再用正式進刀的速度去跑。
另外，因為只能手動換刀，所以每一道工序都是獨立產生一個 NC 檔，然後以編號的方式一個一個執行。
而因為刀具定位點略高於材料，所以實際進刀量也會考量是否要貫穿而作一些修正。

基本上這樣的操作速度還算蠻快的，只是當然沒有全自動化的機台方便。但對我來說，CNC 現階段的價值就是把原本只能人工手動完成的工作，改成數位化控制而已，並不期待它能一步到位。

至於我看到的這台 CNC 問題，主要在於皮帶傳動的誤差，不容易消背隙，改螺桿會比較好。
另外，能用線軌和鑄鐵座的話，整體剛性也會提高。
制動部份，沒有伺服馬達，沒有光學尺定位，只能自己很小心加工力道和進給。
主軸部份，要加工什麼東西就適合什麼主軸，沒絕對標準，一分錢一分貨。

PS 1. 我覺得改螺桿、消背隙之後，CNC 對 maker 的用處就會很大，以銅或鋁的輕加工來說，很容易可以達到幾條內的水準。至於想要更硬的材料、更準的精度，就要好好算算投資報酬率了。
PS 2. 至於更完整的電控系統，我個人覺得那是操作方便性的問題。即使沒有，只要操作概念清楚，好像只要機器會動就可以了，但要在設計時把這些問題考慮進去。

以上，算是自己的一點心得筆記，跟大家分享。
又要忙一堆案子，該洗掉油污味，迎接香水味了。

[簡易修邊、切割、真空成型機]

之前去特力屋切一些板子，想說有多的料，就隨手組了一台真空成型機。

成型的部份還沒實作，但修邊的功能倒是用了，還不錯，就和大家分享一下。

材料：
修邊機一台（目前大概1千到4千之間，6mm直徑）
單刃刀一支（含3.175轉6mm轉接頭）
回收場版的挖洞鋁板
回收場版的薄壓克力板
5片木心板（以能把鋁板包住為原則）

木心板切好後，用木工螺絲把木板鎖起來，側邊挖一個洞用來接吸塵器。這個洞不能太貼近底部，這樣箱子裡才能留得住較大的廢料，不然吸塵器一下子就滿了。

所以用 3DP 印了一個轉接環，讓木板的孔和吸塵器管子能接得更牢。事實上這個轉接環的內側還加了橡皮筋，讓他更貼住木箱，提升氣密。

昨天試著修了一下6mm壓克力，覺得效果很不錯。很輕鬆的就吃掉了。

對了，電源部份，我有裝了一個簡單的功率調節器，可以用來控制轉速。因為修邊機全力運轉有點吵，大概六成出力就很不錯用了，聲音也會小很多。

有興趣的，可以自己搞一台，很便宜。

PS. 附上特力屋的相關木料和裁切規定，和當天瘋狂的採購行程。

[PROTON+ 改版設計心得分享]

隨著 PROTON+ 開始進行列印組裝，趁空檔把一些心得分享一下。

首先，要感謝 ATOM 提供了 PROTON 和 NEUTRON 的開源計劃，並且提供了基本的金屬件來組裝，這省下了不少的準備功夫，相信也會讓很多人重新思考自己對 3DP 或開源軟硬體的認知。

記得當初是趕在三月初的時候完成 PROTON 組裝和試印，那完全是在東拼西湊的情況下把它弄起來，因為幾個關鍵的限位開關、近接開關、風扇都和設計不同。

但老實說，那個列印的體驗並不是太好，這不是抱怨喔，因為開源自己搞東西完全沒有抱怨的立場，歡喜作甘願受！

也因為列印的體驗不太好，反而讓我特別留意究竟是那些問題造成的，收獲反而更大。

但是，其實它的列印品質算蠻不錯的。以初版列印來看，它的品質不會連 ATOM 的車尾燈都看不到，然後是可以巴過一些陽春機的。關鍵在於它的精密度取決於硬體，而沒有受到軟體的減損。

印過幾次之後，我就決定按自己的想法來改了。中間還歷經了用不同的軟體、改不同的設計邏輯，但這些跳過，直接講收穫。

‧使用經驗

一台機器好不好用，有一個簡單的指標，就是把要作一件事的程序列出來，然後看你要花多少動作完成這些程序，得到最後的結果。

更進一步的，可以看當機器有異動時，你必須花多少時間把整個狀態穩定下來，開始列印。

這每一項的動作，都有值得努力的地方和巧思要留意。

所以，在我的 PROTON+ 裡作了幾件事：

1. 全面改為光學限位，就當初裝好 PROTON 時的測試，它的定位精度大概在２條左右。

2. 近接開關改為蝸型齒輪調整模式，也就是你可以用一支起子直接來調整近接開關的高低，讓它跟噴嘴的高低差最一致。

3. 線路改走光軸中心，把噴頭上面所有的線路藏起來，簡化整台機器的外型複雜度，只要接一條電源線就能運作。

4. 強化光軸固定件的尺寸和固定力，同時改為提把式，方便把整台機器帶著走。

5. 電源、主板、雷射模組及散熱直接作進機殼中，讓它可以散熱，又可以增加機台穩定性。

6. 鋁板改為快拆型式，方便列印及維護保養。（拆下鋁板後，掀開機殼上蓋就可以直接看到主機進行配線或調校。傳動皮帶部份不與鋁板連動，所以拆鋁板不會動到框架。

7. 增加螺桿螺母預壓機構，讓X軸和Z軸傳動不會有明顯的背隙誤差。（改為雙螺母方式安裝，一顆以螺絲鎖死，一顆調整到無背隙後，再以擋板施壓固定，以消除變換方向時的間隙誤差。）

8. 進料臂改為左手施壓、右手進線模式，方便右撇子的操作，也容易觀察進線狀況。

9. 進料臂增加PTFE快拆，方便線材導管的接續，並且在入線口加裝斷料偵測。

10. 依扭力需求選用不同馬達，Ｘ軸和Ｙ軸的扭力需求較小，以4248馬達為主；Z軸和E軸需要的扭力較大，以4260馬達為主。

11. 噴頭的喉管改用 E3D 的加長型喉管，以提升噴頭的固定力道，否則原設計的固定方式很容易把噴頭撞歪，然後得整個重新校正。

‧設計概念

在這次的設計程序中發現現在的 3D 設計資源非常多，零件你可以在淘寶上很容易買到，超便宜；也能在網路上找到這些零件的 3D 檔或尺寸圖，所以設計時其實需要畫圖的時間不多，很多時候反而是在排列組合，以落實自己的設計構想。

若是能作到參數化設計，更換零件後自動修正相關零組件的定位的話，設計這件事會變得非常快速。

一開始我還花了時間去試用 onshape，也花了一些時間去畫自己的零件。但最後發現，設計的重點不在於絕對精美，因為越精密的零件讓設計的效率越低，而真正關鍵的往往是干涉判斷、固定位置、走線空間、結構剛性、流場動線。這些東西不一定要精美的畫面，而是要精準確實的點出問題即可。

‧設計程序

在設計時，必須先研判一些關鍵零組件的干涉問題和空間需求，否則往往因為這些東西衝到而讓整個設計翻盤。

確定了基礎結構之後，再依設計巧思去配置各個零件組，以滿足設定的功能規劃。

最後替每個零組件配置合適的組裝空間、定位，排好組裝程序，完成後就可以確認各零組件的尺寸。

‧結語

這次之所以會想重新設計 PROTON+ 的目的就是從頭走一次整個過程，因為玩 3DP 快二年的時間，一直以來都是去適應機器的用法，在設計者規劃的邏輯和程序之下操作。

透過這次的設計，會讓人一再反思許多事，像是你認知的 3DP 操作程序、執行的重點、處理的方式、潛在的風險、.....；整體在機構上、電氣上、熱流上、視覺上的問題....。

然後當世界上有這麼多零組件、這麼多免費資源存在時，你作的每件事情究竟有多少價值，究竟對那些人有價值？

最後，因為經歷過這一遭，讓我知道未來挑戰的重點在於創造彼此認知和需求的價值，不再只是會印、只是會畫、只是會設計。

而是要熟悉、精進自己的能力，然後積極、快速的解決看到的所有問題。

[CNC 分享]

先講好，目前完成度大概只有1/2，雖然能動了，但有些東西仍然是腦補的。
因為馬上就要三月了，開始要步入活動旺季，剩下的幾天又要把 PROTON 裝起來，所以趁現在先作作筆記分享，免得忘了。

目前的 CNC 套件是二年前買的，一開始不熟沒裝完，而且又買了 ATOM 就都焦點轉到 ATOM，現在再回頭組裝，有了 ATOM 的 DIY 經驗幫助不少。

這台是台灣玩家改良美國 Shapeoko 2 所推出的套件，主要在鋁擠斷面有改良、用料也有更加強。

而我自己則是再替它加強了幾個地方，這就是要跟大家分享的。

‧Open build 開源

我個人很強調這個，所以在 3DP 部份我只會把時間放在開放的架構上，原因就跟這台 CNC 一樣，它是開源的，可以輕鬆擁有，但也可以強化改造。

所以原本台灣玩家改良了鋁擠，而我則是把它原本配的塑膠導輪，改為不鏽鋼導輪；原本的底板是密集板，我現在是在上面加了一大片 S45C 的鋼板，而鋁製的真空吸盤。

如果沒有開源，有些東西就很難搞。包括像 Arduino UNO + CNC Shield，如果自己用麵包板拉線，幾個小時就不見了，有擴充板省事太多。

‧F = m a

其實我沒操作過 CNC，所以這些都是腦補的。用的也只是國中物理和專科的機械概念而已。

CNC 的運作核心？在我來看，就是以 F=ma 這個公式為基礎的。為什麼呢？

這公式突顯了作用力等於質量乘以加速度。所以生活上有太多例子可以看出事情的發展，例如你拿一支小鐵槌打釘子到保麗龍、到木板、到地板、到鐵板，會得到不同的結果。

而這跟你拿的鐵槌大小、釘子的材質、長度、加工物的硬度和質量都有關係。

所以重點來了，以原本這台 CNC 的架構，有幾個根本的錯誤！

第一，是用塑膠導輪，這基本上強度和耐用性就有限。所以，我把它改成不鏽鋼導輪。

第二，是頭重腳輕，主軸(Z軸) > X、Y軸 > 底板，這表示它的誤差會很大。所以我在密集板上舖鋼板，增加底板質量和穩定性。

第三，Z軸的設計不良，馬達的擺設方式會造成結構強度的降低和質心的改變。所以我預計把它改成後置式。

這幾個地方的關鍵考量都是由 F=ma 出發。

因為，在刀座移動、加減速、接觸物件、切削的全部過程，它們都在運動，而這些力量會在整個機器，甚至工作枱上傳遞。

這時，錯誤的配重就會造成力量的不當傳送和吸收震動，讓整個物件和精度處於不穩定的狀態，無法維持良好的切削運作狀態。

所以簡單來說，這邊的改良就是讓整個機器盡可能處於 rigid body 的理想狀態。

這時，把焦點集中在刀具接觸工件時，雙方硬度、切削量、切削速度所產生的反作用力，以此來評估主軸強度、結構吸震性（或共振抑制），最後再看切削速度和散熱問題如何安排。

如此，才能確保機器能在它的容許範圍內發揮最大的加工能力並且具體合理的精度。

‧架構優化

目前這台 Shapeoko 2 的架構除了 Z 軸馬達應該改為後置之外（可降低機台高度，加強手輪，可加強 Z 軸扭力、降低質心），另外它的配線也是處於完全隨性的作法。

若以官方的配線來看，就是整把線綑一綑而已，實在不ＯＫ。

所以我在 X 軸和 Y 軸後面加了拖鏈，這樣就可以把線都藏起來，甚至把三軸都包起來。這樣作的好處是才不會因為切削碎屑亂跑卡到傳動部份，影響精度。

‧ATOM+ 之 CNC 模組

從這台 CNC 的組裝經驗中，我大致上看出了日後在 ATOM+ 上加裝 CNC 的努力方向和定位。

從定位來看，ATOM+ 的 CNC 加工會為木頭、塑料、石膏為主。主要的考量原因在於機台強度、結構質量分佈等，因此不會考慮金屬的部份。

從努力方向來看，傳動方式的改良（皮帶改螺桿、碳纖改金屬管）、定位方式改良（目前的邏輯是找出一個理想平面，再用加法運作，在CNC的邏輯要修正），五軸刀頭的最簡設計、無刷主軸的設計（沒錯，這得自己作，改良質心、轉動慣量、ER接頭、無刷電機、水冷），然後是軟體，以及主板改32位元，不然跑不動。

從用途來看，ATOM+ 的 CNC 可以擴大 3DP 的加法應用，加入減法，大大提升完成設計的彈性。

當然，如果把主軸改成噴頭，那就是升級成五軸 3DP 了。

從挑戰的難度來看，加工／切片軟體的開發是最難的，再來是硬體的設計測試，最後是韌體的修改，但這部份其實還好。

‧CNC 的再升級

以目前這台 CNC 來看，頂多是雕雕電路板、塑膠板和木板，切薄鋁片的話，有點勉強。重點會在主軸的功率、重量和使用的刀具，最後是進刀量。

鑽鋁片的話，應該也還ＯＫ，但散熱要留意，不然溫度上升、黏性上升後就變數大了。鐵板？洗洗睡先....

再升級的幾個重點會是：

1. 動力，至少改成 57 步進，然後改成螺桿傳動。最好是改伺服馬達。
2. 傳動，從鋁擠改為鋼製傳動組成，然後直接鎖在鋼板上。最好是二片鋼板夾心。
3. 驅動器，改為專用驅動器。另外，寧可用時規皮帶減速，也要少用驅動器的細分。因為細分的優點在於減少 over shoot，提升運動的穩定性，但不表示可以依賴它來維持精度。因此，精度靠減速比，而不是驅動器的細分。
4. 主軸的質量和功率，F=ma，所以相同的切削情況下，質量越大，加速度越小，等於震動越小精度越高。不過主軸也要穩就是了。
5. 換刀和校正的方便性，這部份是決定工作效率的重點，以目前的 DIY 版本來看，傾向使用三軸雷射定位。不過 sensor 很多，控制器很少的問題要先解決。

以上，跟大家分享。

若腦補有錯的地方歡迎指正，有相關經驗的也歡迎分享。謝謝！

先準備開工賺錢了，有空再繼續改良。

大家動起來啊～～～

裡面有一個關鍵零組件的應用不知道有沒有人看到，突破瓶頸就靠它了。

把 3DP, CNC, LASER 弄好，再來就是機器手臂和仿生設計了