3DP : Prusa i3 變身為雷雕機

還沒開始玩 3D printer 前，拆了電腦的舊光碟機、噴墨印表機和平臺式掃瞄器，為的是想組一臺需要 X/Y/Z 三軸的繪圖機，更進一步是想加裝雷射頭，變成雷射雕刻機，甚至是雷射切割機。2014年底，繪圖機組好了，光碟機拆了好幾臺，雷射頭取下了，但雷射頭卻沒能成功上電燒東西。2015年初接觸 3D printer 後，拼裝的繪圖機被放到角落閒置，直到年底了，前一陣子把和朋友淘來的 500mw 雷射拆封測試，才又拿出來玩耍，一個小小的想法，在滿一年後才完成。

利用噴墨印表機和掃瞄器組合的雷雕機 (2015.12.)

兩部光碟機和一部軟磁機組合的迷你繪圖機 (2014.12.23)

玩了幾天只剩 X/Y 兩軸的拼裝雷射雕刻機，最大的困擾的是不同的目標物高度不同，得再重新調整焦距；如果雷射是安裝在可移動的 Z 軸上，只要調整 Z 軸的高度就可以對焦。心想，既然得將固定半天的雷射頭拆下來裝在 Z 軸上，乾脆安裝在 3D printer 上，可以順便研究一下不改 3D printer 靭體如何玩雷射。底下是 Prusa i3 加裝雷射的筆記。

Prusa i3 加裝雷射模組

硬體安裝

器材清單

• 雷射：M-33A405-500-G (405NM藍紫光點狀，output 500mw，input 5V / 600mA)。
• MOSFET : 3D printer 熱床溫控的 MOSFET 模組。
• 雷射固定架

我買的雷射使用的是 5V 變壓器，為了能讓 3D printer 可以用 G-code 來控制電源的開或關，要稍微改以下供電的流程：

• 雷射模組變壓器輸出端的電線剪開，變壓器這端接到 MOSFET 模組輸入「Power」端的＋－極。
• MOSFET 模組「HOTBED」端(要先確認正負極)，接到雷射的正負極。
• MOSFET 模組的控制訊號腳位和 GND 腳位接到 RAMPS 的 D6 ( 或 D4 / D5 / D11) 及 GND。接好後，我們就可以用「M42 P6 S...」來控制雷射要送多少電。
  例如，當我們對 RAMPS 上的這個訊號腳位(以 D6為例)：
  送出 G-code「M42 P6 S255」時，雷射就會以最大的電力(255)打開。
  當送出 G-code 「M42 P6 S0」 時，雷射就會被斷電關閉。

MKS Hotbed MOSFET

如果有接過 3D printer 的外掛風扇，應該會較清楚怎麼運作，它們的原理是一樣的。

而 RAMPS 的 D4 / D5 / D6 / D11 腳位的位置在哪裡，可以參考 RepRap wiki 中的這張圖：

• http://reprap.org/wiki/File:Arduinomega1-4connectors.png

至於使用其它相容板的，就要自己查一下該板子的手冊囉！

雷射模組的線路如果已經改接好，並將雷射固在機器上，就可以開始測試能不能以 G-codes 控制開與關，不過，可別忘了：

• 再一次確認兩組電源線及一組訊號線的腳位有接正確。
• 「戴上護目鏡」

最後才打開電源測試。

調整焦距

用 G-code 可以控制雷射的電源後，下一步驟就是調整雷射的焦距，讓它可以發揮最大的效能。剛開始為了調整雷射的焦距，兩隻手好忙；換了不同的材料後，又要再重新瞎忙才能找到最佳的高度。

基於前面忙到快瞎掉才調好雷射焦距的經驗，於是先用 Inkscape 在 50mm x 50mm 的範內，畫了 16個 10mm x 10mm 的正方形；前面的圖儲存為 dxf 格式的檔案後，再利用 dxf2gocde 輸出為 G-code；最後以此為樣版，用 JavaScript 寫了一個小工具，可以依個人的需求設定起啟的 Z 軸高度、畫每一個正方形前調高多少、速度、......等參數，最後依設定產生測試雷射最佳焦距的 G-code。

將 G-code 貼入文字檔中，由 3D printer 的控制軟體將G-code送出並執行，我們只要觀察雷射過後結果來觀察哪一個方塊雷射的效果最好，就能找到該材料最佳的高度設定。G-code 產生器的 JavaScript 放在底下的網頁中：

• https://gsyan888.blogspot.com/p/laser-focus-test-g-code-generator.html

有興趣的人可以先下載上面的網頁，修改 HTML 原始碼中的自訂參數，以後就可以少設定一些參數，而且可以在本機中執行。

設定參數，並產生 G-code

在 Repetier-Host 中貼上 G-code ，並執行「列印」

執行 G-code ，雷射打在名片上

雷射過的名片

畫圖產生 G-code

確定已經可以利用 3D printer 控制軟體送 G-code 控制雷射後，接下來就是重頭戲，要用什麼工具來產生圖形的 G-code 了？

玩 3D printer 通常會搭配「切片工具」幫我們把 3D 模型檔轉為 G-code，像 Cura 甚至可以將圖片檔轉為 3D 模型來進行切片。可惜 Cura 無法直接處理 SVG 格式的向量圖形，另外，如果要加上控制雷射開關的 G-code，也是得再用別的工具來置換或新增部份 G-code。

因為需要加上控制雷射開關的需求，Inkscape 加上有人已經寫好的 extensions ，在一個軟體內搞定繪圖和產出 G-code，似乎是較好的解決方案。底下是我覺得還不錯的 Inkscape extensions :

• J Tech Photonics Laser Tool
  http://jtechphotonics.com/?page_id=1980
• Raster 2 Laser GCode generator
  https://github.com/305engineering/Inkscape

上面這兩個 extensions 的好處是都可以自訂雷射開啟和關閉的 G-code，這樣子，所產生的 G-code 就可以直接使用，不用再進行後製。兩個哪一個較好呢？只能說各具特色，前者在輸出的選項能自訂的較多，而且使用到 G1/G2/G3 來繪圖，執行的效率可能高一些；後者則是對照片輸出的樣式較有變化，基本上是用「畫點」的方式來繪圖，速度可能慢一些。哈～如果能合併兩者的功能就更棒了！

除了使用 Inkscape 加上 extensions 外，另外還有個人覺得滿強大的工具 dxf2gcode：

• http://sourceforge.net/projects/dxf2gcode/

利用 dxf2gcode ，我們可以將 dxf 格式的圖檔轉成 G-code，看起來好像沒有什麼，其實 dxf2gcode 可沒那麼陽春！

首先，dxf 格式的檔案很多繪圖工具都可以輸出成這種檔案，當然包括 Inkscape。dxf2gcode最強大的地方是輸出的 G-code 格式可以自訂，而且我們還可以將設定儲存成不同的設定檔，輸出 G-code 時，只要選擇要套用哪個設定檔，即可輸出不同的 G-code。這樣一來，像我應用在一般紙、飛機木、厚紙板、泡棉......，不同的材質、厚度......，常用的可以預先編寫好設定檔，輸出的會是最適合的 G-code，不用再做修改了。

有關 dxf2gcode 的設定檔如何修改，可以參考 wiki 中的說明和範例：

• http://sourceforge.net/p/dxf2gcode/wiki/browse_pages/

這部份要另寫一篇才行，心得寫好後再附於本文中連結。

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