鐳射雕刻機：廢舊光碟機的涅槃之路手工電子DIY教程

製作時間: 一天 製作難度: ★★★★★ GEEK指數: ★★★★★

我日思夜想著哪天要著手製作一臺鐳射切割機。真正的鐳射切割機所能做的那些奇妙事情不斷地挑逗著我的想象力。我很久以來都想要做的一件事就是在後院造一些模型小屋和其他的模型鐵路佈景，也許還可以製作一輛我自己的四輪馬車（至少做出個大概）。還有一些別的想法，例如給我的作品製作附件、告示和雕刻牌、為我妻子製作剪紙和印章、為朋友的孩子們製作玩具娃娃小屋和傢俱……神通廣大的鐳射切割機啊！

現在是時候和大家分享我最新的製作專案了——一臺低成本的鐳射雕刻機，而且通過這個專案或許許我就有機會嘗試一下真傢伙了。雖然工作空間略微小了些，無論如何它仍然能有效工作，而且成本非常低，大多數人都有能力製作出一個複製品。

在某些地方我投機取巧了，因為現有的知識不足以搞定所有的電子器件，於是選擇了現成的器件，但為了保持低成本我也嘗試自行DIY（然而失敗案例居多）。無論如何，我所使用的零件還是很容易找到的。

我對於最後的成品很滿意，即便它還存在一些改進空間。它的小體積和低功率讓它的功能很有限，不過已經足夠我從中獲得許多樂趣了。它能夠切割紙片,給木牌刻字,製作印章。雕刻機本身還不算小，至少比口袋大，但是它的工作空間卻把你所能製作的物件的尺寸都限制在了口袋大小以內。

 

以下是安全警告。

本製作專案使用的是一顆大約 200 毫瓦的紅色鐳射發射器，即使不足以燒穿木頭，如果不小心可能會亮瞎你的雙眼！所以千萬別直視鐳射束，即便是直視反射光也一樣非常危險。請注意安全。

 

1   工具和材料大部分硬體都可以利用廢品製作。鋁型材、中密度纖維板和各種螺母、螺栓以及導線。但部分物品需要你另行購買。大部分電子器件都可以在 Sparcfun 上找到，其餘的可以到E-bay或者舊貨交換市場碰碰運氣。

○ 1.鐳射發射器外殼（圖中）

○ drive 驅動器電路（圖中）

○ Arduino (這是控制電路的核心)

○ Easydrive 步進驅動器

○ 兩臺 DVD-rom 驅動器 (要是你運氣不好的話也許會需要更多)，並且至少需要一臺DVD-R 驅動器來提供鐳射發射器

○ 鐳射發射器外殼 (在E-bay上可以找到零售的)

○ 鐳射發射器驅動電路 (這玩意兒有許多替代品，我用的是簡單的基於 LM317 的電路)

○ 各種螺帽、螺栓以及其他的建材。

 

2   拆解 DVD-Rom 驅動器

壞掉了的 DVD-Rom 驅動器

 

● 在 DVD-Rom 驅動器中你所需要的只有步進電動機元件和鐳射二極體。我的運氣不太好，發現我的 DVD-Rom 帶有一塊非常難處理的塑料元件。於是我拆開了三臺 DVD-Rom 驅動器，卻只用了兩臺裡的零件。拆解的過程相當有難度，而且我開啟過的大部分 DVD-Rom 驅動器差不多都是這樣的。

 

此處正下方有個小型的直流電動機，你可以把它拿出來為將來的製作專案做準備

● 在移除了驅動器底部的螺釘以後，你就能把它像個蓋子一樣掀開了。你很可能會在底蓋下面看到兩塊電路板，這兩塊對我們都毫無用處。但是要記得保留下其他有用的零件，供其他的製作專案使用。例如在靠前的電路板下面有一臺值得留下來的小型直流電動機。

 

● 現在你就該把前面板連同前置托盤一起拆下來了。當你把托盤拉出來以後前面板就會變得鬆散（只要利用一根髮夾和前面板上的那個小孔就行了）。

● 接下來的步驟需要拆卸螺釘，或許還需要一些蠻力。拆除兩塊電路板。當心連線在步進電動機上的排線。

 

需要將這個電動機拆除。

● 如果你把 DVD-Rom 驅動器的右側朝上放置並把頂蓋移除，就應該能發現我們正在尋找的東西——步進電動機元件。擰開螺絲，直接把它取出來就行。

 

● 既然我們已經把步進電動機元件拿了出來，那麼我們就該做一下清理工作。把主軸電動機拆除，它可能有點用處，但是我覺得驅動它來太麻煩，於是我就把它們拋棄了。它們通常是用三顆非常小的螺絲固定起來的，不過有時它們會是一個更大的元件的一部分，因此在拆除時候要小心，不要弄壞了支撐鏡頭的兩根杆。

● 鏡頭嘛，只要用最合適的方法把它拆下來就行了，我們需要留下一個光滑的表面，之後在上面連線一些其他的零件。小心不要弄壞了 DVDR 驅動器的鐳射二極體。如果你不想要之後再購買一支新的強力鐳射發射器的話，就要善待這玩意兒。

 

這一整塊部件都要拆掉，放在一邊為將來的製作專案做準備。

 

3   組裝鐳射發射器

鐳射二極體

● 從 DVDR 驅動器中取出鐳射發射器並不難，不過大部分的鏡頭元件的外形都各不相同。找出鐳射二極體（會有兩個，一個是紅外的，一個是紅光的）然後從元件中將它們拆下來。

 

這些光學器件可以留給將來的製作專案使用

 

在鏡頭的兩側各有兩個強力磁鐵，你值得擁有

 

1.從鏡頭上拆下來的磁鐵

 

2.鏡子和透鏡

 

3.鐳射二極體

 

4.廢物

 

● 其中有一些光學器件和兩塊磁鐵，你可以把它們屯下來為將來的製作專案做準備。

 

你需要把鐳射二極體從支架上拆下來。這需要使一點微弱的力道。小心別傷著了鐳射二極體

 

其中一個是紅外鐳射二極體，另一個是我們所需要的紅色鐳射二極體

 

從二極體上移除連線電路板

 

● 當你把兩個二極體拆下來以後你一定要小心翼翼。這兩個二極體非常小，也非常脆弱。

● 從二極體上去除那一小片連線電路版，然後用兩節 7 號電池檢查一下紅色鐳射二極體是否健在。

 

● 既然你已經有了裸奔的二極體，那麼就是時候把二極體安裝到外殼中了。

 

在鐳射發射器外殼背部的小孔正好可以讓二極體的引腳穿過

 

● 把二極體放入外殼中，並用外殼的背面和鉗子非常小心地把二極體壓入外殼中。

 

現在二極體已經牢牢地安置在外殼中了

 

● 當你完成這一步後，你就駛入了終點前順暢的直車道了。把導線焊接在正極和負極引腳上

 

● 然後把鏡頭用螺絲擰上，這樣你就搞定了。

 

用一些特富龍膠帶把鏡頭固定到位

 

178 毫瓦的輸出功率很不錯了。不過這會讓二極體進入過載狀態

 

二極體的工作電流為 310 毫安

 

 

4   製作機械部分

我很幸運地找到了這些墊片，不過用一根螺栓和一些螺母也能達到很好的效果

 

用一片壓克力板作為底座

● 為了儘可能地簡單，我找了一塊正好比 DVD-Rom 驅動器的步進電動機元件略大一些的中密度纖維板。它將成為底座，固定住 X 軸和 Y 軸的方向。

● 我找到了一些墊片來固定 Y 軸方向，不過幾根螺栓和數個螺母也能有不錯的效果。這裡的尺寸要求並不嚴格，不過必須確保每一根軸都與其他的軸相互垂直。我發現把第一層元件安裝在中密度纖維板上以後在對齊各個零件時會方便一些。

 

● 工作空間位於老的鐳射二極體元件上。確保它表明平整且水平放置，然後在上面塗上些膠水固定好，工作空間就完成了。我發現一塊 1/4 英寸的壓克力板剛好合適。它能讓工作空間保持足夠的穩定性，不過由於鐳射能夠射穿它，所以我不確定這是否存在安全隱患。後來我想出了一個在我看來效果最棒的解決方案。我切下了一片與壓克力板的大小相同的DVDR 驅動器的金屬外殼，然後用膠水把它粘了上去。這樣工作空間依然非常穩定，而且強度也足夠了。它還有一個有利的作用，那就是你可以用磁鐵把你想要雕刻的東西固定在工作空間上。

 

● 我在廢品箱裡找到了一些鋁型材。

 

● 把它當作了 X 軸，不過你可以使用任何穩固而且夠長的材料。

 

 

● 測量一下你覺得在雕刻時所需要的適當高度。

 

● 我選擇了幾根長 7.5 英寸的板材用作支架。這樣會給我留下不到 2 英寸的細小間隙。

 

我鑽了幾個小孔，這樣就可以用電纜扎把線拴緊

 

● 一件重要的事情在於，元件上的安裝孔並不是對稱的。記得測量從支架底端到直線導軌的距離。這樣你就能確保所有的零件都對齊。你安裝 X 軸的位置取決於鐳射發射器的安裝位置。鐳射發射器應該位於工作區域的中心，而 Y 軸位於中間。當你將兩軸安裝在基座板上的時候，先確定所有的零件都相互成直角，然後鑽幾個供螺絲擰入的小導孔。

 

● 現在你應該已經完成了相互垂直的 X 軸和 Y 軸。

 

這裡最重要的尺寸要求就是保證所有的東西都是四方的直角

● 鐳射發射器的支架不一定要做得很複雜，我用的是一小片塑料板和一個夾子，然後把所有的東西都用膠水粘起來。

● 用夾子固定鐳射發射器，這樣就可以靠簡單地把鐳射發射器上下滑動來改變焦點位置。

● 和其他的零件一樣，它的尺寸並不重要，只要一切都相互垂直就行。這裡只有一個尺寸是需要你斟酌一番的，那就是鐳射發射器的位置。當 Y 軸和 X 軸位於中央位置時，它應該處於工作空間的中心。

 

我在這裡用一片和鐳射發射器支架上相同的黑色塑料進行了測試。最後我用一片從 DVDR 驅動器外殼上拆下來的金屬又測試了一次 |

 

5   電子器件

在你尋找所需的排線時，老舊的電腦是你的不二之選

 

這些排線雖不易焊接，但效果很好。我在兩臺步進電動機上都進行了相同的焊接

● 我開始焊接步進電動機。用一根排線連線步進電動機，然後把它們焊接在 DVD電路板上已有的介面上。我在另一頭焊接了一個四引腳的插頭，這樣就能插在試驗電路板上使用。

 

Easydriver 和 Arduino 的初次測試——大成功

● 對 Easydriver 也進行相同的處理，焊上引腳插頭，然後插在試驗電路板上使用。

● Easydriver 有兩個引腳，叫做 MS1 和 MS2，它們用於設定步進的序列。將它們雙雙連在 Easydriver 的5伏電壓輸出上。這樣就把步進序列設為了微步進控制。把從步進電動機伸出的四根引腳連線在電動機的輸出端，而控制引腳（step、dir 和 gnd）連在 Arduino 上。除了這些以外，Easydriver 還需要連上電動機電源。我用一個12伏的電源介面卡驅動電動機、風扇和 Arduino。一個電位器被用於控制電動機的電源，把它設到最低就行，要是步進電動機的動力不足的話，就稍微調大一些。我並不清楚步進電動機的額定電壓，如果它們發燙了就說明你給的電壓太高。

 

在本製作專案中用不到的多餘元件

 

● 我在電路圖上添加了一個繼電器，供風扇使用。因為雕刻過程會產生一些煙霧，所以風扇是很有用處的。

● 風扇只需要連線在風扇輸出端上就行了。一隻小型的電腦風扇就有不錯的效果，你只需把正極和負極的導線連在正確的輸出端即可。

 

在焊接所有的引腳時都要記得檢查位置是否正確

 

我把 Easydrives 安裝在插座中，這樣就能在以後的新版本中重複使用了

 

● 鐳射發射器的驅動電路是用基於 LM317 的電路製作的，不需要特殊配件。這樣的驅動電路可以正常工作，但效果遠遠說不上是理想。我給鐳射二極體的驅動電流太大了，大約在 300 毫安，你要是也這麼做，那麼二極體的壽命不會太長。最好的解決方案應該是找一個更強大的鐳射發射器和驅動器，但為了堅持廉價和DIY的精神，我還是想要使用 DVDR 驅動器本身的鐳射發射器。鐳射發射器開關和風扇所使用的是同一個繼電器。

● 如果你想要一切從簡，那麼你可以跳過整個鐳射發射器驅動電路的製作，採用現成的驅動器。這樣的話你所需要做的就只是把電源接在風扇繼電器上而已。當然這樣做成本可能會稍微高些。

● 整個電路構成了一種新式的 Arduino 電路——鐳射發射器控制電路。我已經附上了 Eagle格式 的電路圖和電路板佈置圖。如果你想要自己佈置 Easydrivers 的電路的話，我也準備了帶有驅動程式的 Eagle 庫檔案，你可以在 這裡 下載。

 

 

6   準備 Arduino● 我自己給 Arduino 寫的軟體。但是在搜尋通過串列埠控制移動的好方法的時候我碰巧找到了一個叫做“Grbl”的東東。這是一個有著相當多優秀功能的 g 程式碼編譯器。由於我已經把所有的東西連到了 Arduino 上，所以我要麼得改變我的連線，要麼就改變我的程式。幸運的是在軟體中修改控制引腳其實相當方便。只不過我不得不下載 Winavr ，然後再從 上下載程式碼。做起來很容易。下載並解壓出程式碼以後，你必須把 config.h 中的埠號修改一下，確保將它們排列為正確的順序。接著你所需要做的就只是開啟一個命令視窗，輸入正確的資料夾，然後輸入“make”。如果一切如計劃那樣順利進行的話，你應該最後會得到一個給 Arduino 使用的 檔案。

● 但是我從那時就把引腳改動過了，而在本教程中我使用的是 Grbl 的預設引腳。這樣可以讓你在跟著教程設定時更加簡單。你只需要從 Grbl 的下載頁面 hex 檔案就行了。

● 無論你選擇何種方式，最後你都將得到一個輸入 Arduino 中去的 檔案。我試過許多不同的方法，其中我最喜歡的是用一款叫做 XLoader 的軟體。程式設計的過程非常直接明瞭：選擇 Arduino 的正確的串列埠;選擇 hex 檔案以及 Arduino 的型號;然後按下上傳。如果你使用的是新版的 Arduino Uno 的話，那麼 XLoader 是不支援它的，你會遇到一個上傳錯誤。碰到這種情況我建議你使用 ARP/ArduinoUploader ，不過即便是這款上傳器在 Uno 的支援上還是存在一些問題的。當你在給 Arduino 程式設計時，要在各個下拉列表中選擇串列埠埠和微控制器。然後你必須把“AVR Dude Params”這段文字進行一些修改。刪除“-b19200”（不帶引號）部分，並點選上傳按鈕。無論如何你也該在幾秒鐘之後搞定，準備好進行測試了。退出 XLoader，進入下一部分。

● 你需要針對這一專案對 Arduino 進行設定。開啟你最喜歡的序列終端，然後開啟Arduino 所連線的埠。你應該會收到一條歡迎資訊：

Grbl 0.6b

'$' to dump current settings"（輸入“$”清空當前設定）

如果你輸入一個 $ 然後回車，你會看到一系列選項。類似於這樣子：

$0 = 400.0 (steps/mm x)

$1 = 400.0 (steps/mm y)

$2 = 400.0 (steps/mm z)

$3 = 30 (microseconds step pulse)

$4 = 480.0 (mm/sec default feed rate)

$5 = 480.0 (mm/sec default seek rate)

$6 = 0.100 (mm/arc segment)

$7 = 0 (step port invert mask. binary = 0)

$8 = 25 (acceleration in mm/sec^2)

$9 = 300 (max instant cornering speed change in delta mm/min)

'$x=value' to set parameter or just '$' to dump current settings

ok

● 你必須把 X 軸和 Y 軸的 steps/mm 值都修改為 53.333。只要輸入“$0=53.33”（譯註：此處疑為筆誤，少了一個 3）然後回車，接著輸入“$1=53.333”然後回車即可。因為我們並沒有用到 Z 軸，所以可以把它忽略掉。加速度可以提高到大約 100 的程度（輸入“$8=100”然後回車）。當我們緩慢地操作這臺機器的時候，加速度也會很高。加速度太低的另一個副作用是在控制器不停地嘗試加速和減速，但卻無法達到全速時，曲線圖形會比直線受到更劇烈的燒灼。你有可能和我一樣發現有一根軸反掉了。這很容易修正。選項 $7 讓你能夠改變軸的方向。我想要改變 X 軸的方向，於是我輸入了“$7=8”，這是因為我想要修改 3 號位（8 = 00001000 二進位制），如果你想要修改 Y 軸的方向，那麼就輸入 16（00010000）或者要修改兩根軸的話，就輸入 24（00011000）。有關掩碼設定的 完整文件 可以在這裡檢視。

● 現在你已經完成了電腦設定的準備。如果你想要嘗試進行幾下移動的話，可以輸入“G91 G28 X0 Y0【回車】”把軸的位置歸零。然後輸入“X10 Y10【回車】”。你應該會看到兩根軸向上都發生了 10 毫米的移動。

 

7   準備軟體● 這一步我將詳細地從基礎講起。我會講到你所需要的軟體、如何設定軟體，以及基礎的工具組合。我只會講解基於 windows 的系統，你們那些玩兒 Linux 的人只能自行查找了（不過 Inkscape 和相關擴充套件應該也能在 Linux 上很好地執行）。首先你必須下載以下三個檔案：

1 Inkscape ——這是一款開源的向量編輯軟體。

2 LaserEengraverExtension （鐳射雕刻機擴充套件）——這會生成控制鐳射發射器所需的 g程式碼。

3 G-codeSender （G 程式碼傳送器）——這是我寫的 windows 小程式，用於和 Grbl 進行通訊。

● 根據 Inkscape 的安裝指示進行安裝。這應該是個非常順利的過程。如果需要任何這方面的幫助，可以在他們的網頁上找到相關文件。接下來就是鐳射雕刻機擴充套件。這安裝起來要難一些，不過也不是太難。用你慣用的解壓縮軟體開啟 檔案，然後把所有的檔案複製到“c:Program FilesInkscapeshareextensions”下面。你必須重新啟動 Inkscape 才能讓擴充套件生效。這個擴充套件其實是個經過大量修改的“Gcodetools”版本。這就是安裝 Inkscape 的位置。你可以把“G 程式碼傳送器”放在桌面上或者任何別的地方，過會兒再找出來就行。它不需要安裝。

● 關於擴充套件有一句話我必須宣告，我不是 python 程式設計師，因此在程式碼中可能存在一些缺陷。

● 我接下來假設你已經安裝了所有軟體，並準備開始使用了。下面是工作介面的快速瀏覽錄影。

● 我希望這錄影的速度並不算太快。網上有數不勝數的 Inkscape 使用教程。我不會講解任何關於如何使用它的細節。

● G 程式碼傳送器則是另一碼事了。網上沒有任何文件，因為這是我自己編的程式。所有的文件都在這篇教程中了，不過如果你有問題，那麼請放開膽子提出來吧。當你開啟程式時，它應該是非常淺顯易懂的。唯一奇怪的東西就是行尾選擇按鈕“nr”和“rn”。根據你所使用的 Grbl 的版本不同，行的結尾也會有所不同。如果一種方法不行的話就試試別的方法。選擇你使用的串列埠，要是你忘記連線鐳射雕刻機了，那麼就把它連好，然後按下重新整理按鈕，這時你的串列埠就應該會被顯示出來了。按下“open”（開啟）按鈕，開啟歡迎介面。一旦埠打開了，你就能夠在開啟按鈕上面的文字框中像任何命令列終端軟體一樣輸入命令了。如果要開始開啟一個檔案進行雕刻的話，你可以要麼輸入檔案路徑，要麼點選 browse（瀏覽）按鈕後選擇一個檔案。當你點選“print”（列印）按鈕時，就開始了檔案傳輸。檔案會一直傳輸到 Arduino 的快取充滿了為止，大約就傳輸 20 行左右。當快取可以再放入更多的資料時，就會再傳輸一行。當你按下 stop（停止）按鈕時，傳輸就會停止，但是 Arduino 在快取清空之前是不會停下來的。當你按下“close”（關閉）按鈕或者退出程式時，串列埠就會被關閉，任何傳輸都會被中止。

● 有時會出現 Grbl 無法解譯的 G 程式碼，它會返回一個錯誤。大多數情況下這些錯誤都可以被忽略掉，不過它們會出現在傳送器中。這些可能是註釋，或者是開頭或結尾的“%”符號。如果在命令後面有一條註釋，那麼就會產生一條錯誤，不過這條命令依然會被執行。例如“G21 (All units in mm)”，G21 命令還是會被執行，不過後面的註釋會給出一個錯誤。

 

8   最終組裝以及額外配件

當你把 Easydrivers 裝到一個盒子裡時，就需要用一個風扇為它們降溫。它可是會瘋狂地發熱

● 為了完善這臺小型雕刻機，我用從一張畫框中拆下來的 Masonite 牌纖維板製作了一個小盒子。只要用膠水粘起來就行了。

● 前面有一個老顯示卡上拆下來的小風扇。當你把 Easydrivers 裝到任何外殼中的時候都需要對它們進行冷卻。它們裸奔的時候就很燙了，放在外殼中就更燙了。

 

用膠水粘上一些墊片可以讓它更容易用螺釘固定在底蓋上

● 我在盒子中用膠水粘上了一些螺紋墊片，這樣我就能在底部旋上螺釘。

 

● 把 Arduino 反過來用螺釘擰緊在底部。這樣這臺雕刻機就變成了一件方便好用的小工具。

 

通風孔

 

所有進入盒子的線路都從頂部穿過

 

我在一塊老顯示卡上找到了這個風扇保護罩完好無損的小風扇

● 這是個 40 毫米的電腦小風扇，與我在電子器件這一步中提到的鐳射發射器的繼電器相連線。風扇的方向朝向工作空間以外，它會和緩地把煙霧吸走。

 

把風扇連線在鐳射發射器的繼電器上，面朝工作空間以外。它能夠把煙霧吸走，同時不會影響工作空間中的器件

 

釹磁鐵的頂部粘上一個螺母。它可以很好地按住你的工件

● 另一件小而有用的額外部件就是用於按住紙張和其他質量較輕的物體的磁鐵。我從一隻老玩具中找到了這些磁鐵。只要在頂部用膠水粘上一些螺母，就搞定了。

 

當鐳射發射器處於最低的位置時，焦點應對準工作空間的表面

● 為了改變焦點，你就得通過擰動螺絲來調整鏡頭。或者你可以先把焦點定在工作空間上，之後再把鐳射發射器在支架上上下滑動。

● 當鐳射發射器處於支架上最低位置時，我把它的焦點固定好。接著我所需要做的就只是測量工件的厚度，然後把鐳射發射器抬升相同的高度。大部分情況下我只要把工件靠在鐳射發射器的支架旁邊，然後把鐳射發射器移動到正確的高度上就行了。

 

當我把鐳射發射器移動到與工件相同的高度時，焦點就調整到工件的頂部了

 

9   大功告成以下是到目前為止我用雕刻機制作的物品，我會盡量用圖片來展示。想象力是唯一的限制哦（除了雕刻機的低功率和工作空間的小尺寸）。

鑰匙鏈

● 我很喜歡經典的“Home improvement”電視節目。何不製作一個 Binford 鑰匙鏈呢？

●我在本地的 DIY 商店裡找到了一些油漆攪拌棒。很喜歡這些木棒的樣子，而且不貴。我鋸下一片，鑽了一個小孔。經過一番打磨，在上面雕刻了情景喜劇《Home improvement》中的 Binford 標誌。

 

植物標籤

● 在普通的冰棒木杆上雕刻植物的名字。

● 這些文字不到 2 毫米高，依稀可辨，不過拍出來的照片就不是很清楚了。

 

個性化火柴

● 我只是在賣騷罷了~

 

備忘錄

● 夾在晒衣夾上雕刻，再用膠水在背面粘上一塊小釹磁鐵，就能很好地把一本備忘錄貼在冰箱上或者其他金屬表面。

 

印章

● 1.黑色的印泥

● 2.從工藝品商店買到的薄泡沫板

● 3.切割後再用膠水粘在 Masonite 牌纖維板上

● 4.印製的成品

切割一小塊泡沫塑料板，然後用膠水貼上在一片纖維板上。

 

飛機

● 多謝 scriptster 這位朋友提供了製作模型的 G 程式碼。你可以在這裡看看他做的 模型 。