PROJETO DE CNC A LASER

REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.7377942


Antônio Guilherme Santos Rodrigues;
Miquéias Benício Macêdo;
Oséias Henrique O. A. De Caires;
Roosevelt Alves Ito;
Vitor Oliveira Da Silva;
Orientadores:
Prof. João Edson Leite Júnior;
Prof. Rondinei Roberto dos Santos,
Prof. Eng. Especialista Wilson Domingos e Silva;
Coorientador:
Prof. Paulo Alves da Silva Junior.


  1. INTRODUÇÃO

O incremento da indústria 4.0 possibilita ao homem a introdução de tecnologias progressivas, que resultam em uma infinidade de aplicações, entre as quais a internet das coisas (IOT), Big Data (BD), Inteligência Artificial (AI), entre outras (YANG 2021). Neste sentido, máquinas de gravações e/ou cortes automatizadas são dispositivos capazes de realizar algum trabalho através de um controle numeral (ATTAR, et al, 2022).

Em linhas gerais, o projeto aqui descrito, se trata de uma CNC a laser, que é um equipamento eletrônico que desloca o seu laser, ao longo de trilhos, através de movimentos de seus eixos (X,Y,Z) em um plano de coordenadas cartesianas, com vistas a efetuar gravação ou corte.

Aliado a isso as instruções recebidas pela máquina seguem um padrão linguagem de programação, no caso em apreço, através de linguagem aplicada no Arduino, que dado a um conjunto de funções, regula o movimento das várias partes da máquina.

A tecnologia Comando Numérico Computacional (CNC) permite a automação do processo introduzindo um novo controle face a adaptação, flexibilidade e customização, diminuindo a influência do fator humano (ATTAR, et al, 2022). Conforme dito anteriormente, aplicadas a máquinas fresadoras e gravadoras, a CNC atua no controle dos movimentos dos seus eixos (X,Y,Z) que são gerados a partir de servos motores.

A programação (lógica) é um aspecto fundamental para o sistema de controle, que possibilita análise e interpretação da CNC e sua atuação através do laser de gravação ou corte.

O objetivo deste projeto foi a criação de uma gravadora a laser através da CNC e programação com Arduino.

  1. PROBLEMA

Desenvolver uma montagem de gravadora CNC, de baixo custo, utilizando alguns materiais novos, mas dentro das possibilidades com materiais usados ou reciclados.

Além disso, será necessário além da montagem, realizar a programação em C++ através da plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre.

  1. OBJETIVOS

Objetivos Gerais:

O objetivo geral consiste na montagem de baixo custo de uma CNC laser para a XII SEMANA DE FÍSICA E VII MOSTRA DE PROJETOS NAS ENGENHARIAS, o qual será apresentado desde a projeção, construção e o seu funcionamento, bem como, a parte conceitual e suas aplicações.

Objetivos específicos:

Fazer análise e montagem;

Aplicar na programação para que funcione a parte estrutural;

Apresentar na prática o seu funcionamento.

  1. METODOLOGIA

O presente trabalho foi dividido da seguinte forma:

● Projeto mecânico da máquina: envolve a identificação, seleção de componentes, usinagem e fixação dos eixos e da base da fresadora. Ex: Perfil 20 X 40 V-Slot, rolamentos e conexões de madeira entre os eixos e montagem da estrutura.

● Projeto eletrônico (elétrico dos atuadores e drivers de potência): engloba a apresentação e definição dos drivers de potência para acionamento dos motores, definição das fontes de alimentação dos componentes do sistema e o cálculo de potência necessária para os atuadores (laser). Ex: Kit CNC Shield V3 + 4 Driver A4988 + 4 Dissipadores de calor, Laser de 40W e Fonte chaveada FTC-1210 Colméia bivolt.

● Projeto de programação (software e protocolos de comunicação): Define o software de controle da máquina. Ex: Programação em C++ por Arduino e Software Laser GRBL.

Os projetos mecânico e eletrônico foram feitos simultaneamente, enquanto a programação foi realizada após a montagem da estrutura e instalação dos componentes eletrônicos.

Figura 1 – Perfil 20 X 40 V-Slot, rolamentos e conexões de madeira entre os eixos e montagem da estrutura:

Figura 2 – Kit CNC Shield V3:

Figura 3 – Marcapasso

Figura 4 – Fonte chaveada FTC-1210 Colméia bivolt

Figura 5 – Roldana:

Figura 6 – Arduino

  1. RESULTADOS

Após a conclusão da montagem da gravadora, foram realizados testes de conexão dos componentes e automação dos atuadores.

Roldanas, polias e rolamentos foram incluídos para movimentação do sistema de gravação.

A programação foi realizada em C++ na plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre, o que possibilitou a inclusão de bibliotecas para o acionamento e controle dos servomotores e do laser.

Utilizou-se o software LaserGRBL, para plataforma Windows, para gravação a laser de imagem.

Testes realizados evidenciaram a boa qualidade de gravação e precisão do laser junto a área máxima de gravação de 0,6m².

  1. CONCLUSÃO

O projeto desenvolvido obteve dados relevantes à formação dos acadêmicos envolvidos, demonstrou a importância e a aplicação da prática da interdisciplinaridade e a inserção dos alunos nos aspectos relativos à gestão de projetos.

O valor captado pelo projeto é explicitado na gravação e acabamento de protótipos realizados pela comunidade acadêmica e possibilidade de ajuste da potência e/ou troca do laser para converter a gravadora em uma fresadora automática.

A máquina desenvolvida de baixo custo, além de estimular a pesquisa é uma opção acessível aos estudantes ou a investidores mais seguros, ademais, se busca estudar e aplicar as principais vantagens e problemas na execução do modelo proposto.

Além disso, se buscou adquirir conhecimento sobre as diversas programações da CNC, tipos de ferramentas. Protótipos, entre inúmeras outra possibilidade.

Por fim, em madeiras, papeis, papelões e outros materiais “finos” foi possível realizar gravações e cortes variados, inclusive com a possibilidade em metais.

Ademias, ao projeto proposto os resultados foram satisfatórios.

  1. REFERÊNCIAS

F. Yang and S. Gu, “Industry 4.0, a revolution that requires technology and national strategies,” Complex Intell. Syst, vol. 7, no. 3, pp. 1311–1325, 2021.

Attar, Hani & Abu Jassar, Amer & Amer, Ayman & Lyashenko, Vyacheslav & Yevsieiev, Vladyslav & Khosravi, Mohammad. (2022). Control System Development and Implementation of a CNC Laser Engraver for Environmental Use with Remote Imaging. Computational Intelligence and Neuroscience. 2022. 1-16. 10.1155/2022/9140156.