В этой статье мы расскажем как быстро и совсем несложно можно подготовить макет и нанести гравировку на кожу, дерево или картон с помощью 3D принтера Wanhao и диодного гравера Endurance.

 

Шаг 1. Создание векторного изображения из простой/растровой картинки

Обращаем внимание, что векторизация растровой картинки дает не точную копию, а набор кривых, с которыми нужно работать дальше.

Для векторизации растровой картинки мы рекомендуем использовать программу InkScape (https://inkscape.org/ru/download/), с помощью которой растровое изображение преобразуется в контуры.

Для того чтобы сделать из растрового изображения векторные контуры, загрузите или импортируйте ваше растровое изображение  в программу InkScape.

Затем выделите в поле программы растровое изображение, которое будете переводить в контуры, и выберите в главном меню команду «Контуры» — «Векторизовать растр…», либо используйте комбинацию клавиш Shift+Alt+B.

ris1.jpgРис. 1. Фильтры на вкладке «Режим»

В открывшейся вкладке «Режим» вы увидите три фильтра. Первый из них «Сокращение яркости«. Этот фильтр просто использует сумму красного, зелёного и синего компонентов пикселя (иначе говоря, оттенки серого) в качестве индикатора, и решает, воспринимать ли его как чёрный или как белый. Значение порога яркости может быть задано в диапазоне от 0,0 (чёрный) до 1,0 (белый). Чем выше значение, тем меньше пикселей будет воспринято как «белые» и тем больше черного станет на изображении.


ris22.jpgРис. 2. Предпросмотр в результате применения фильтра «Сокращение яркости».

Фильтр второй — «Определение краев«. Этот фильтр создает картинку, еще меньше похожую на оригинал, чем обработанная первым фильтром, но предоставляет информацию о кривых, которая при использовании других фильтров игнорируется. Значения порога от 0,0 до 1,0 регулируют порог яркости между смежными пикселями, в зависимости от которого смежные пиксели станут или не станут частью контрастного края и, соответственно, попадут или не попадут  в контур.

Фактически, этот параметр определяет выраженность (толщину) края.


ris3.jpgРис. 3. Предпросмотр в результате применения фильтра «Определение краев».

Третий фильтр – «Квантование цветов«. Изображение, обработанное этим фильтром, заметно отличается от результата работы двух предыдущих фильтров, но при этом тоже бывает полезным. Вместо того чтобы показывать изоклины яркости или контраста, этот фильтр ищет края, где меняется цвет, даже если смежные пиксели имеют одинаковую яркость и контраст. Параметр этого фильтра (количество цветов) определяет количество цветов на выходе, как если бы растровое изображение было цветным. После этого фильтр определяет чёрный это пиксель или белый в зависимости от чётности индекса цвета.


ris4.jpgРис. 4. Предпросмотр в результате применения фильтра «Квантование цветов».

Вкладка «Параметры» даёт дополнительные возможности в получении вектора требуемого качества.  Например, при гравировке мелкого изображения рекомендуется убрать галочку в окошке «Сгладить углы», чтобы мелкие детали остались четкими.


ris5.jpgРис. 5. Вкладка «Параметры».

Обращаем внимание начинающих пользователей, что обработанное фильтром изображение лежит поверх исходного растрового рисунка и является отдельным объектом контуров. Этот объект по определению является выделенным, и его можно переместить мышкой или  стрелочками клавиатуры, чтобы убедиться в его самостоятельности. Узлы объекта можно редактировать с помощью инструмента управления узлами.

Стоит попробовать все три фильтра и внимательно рассмотреть, в чем состоит суть различий разных изображений, полученных после обработки каждым из фильтров. Все изображения индивидуальны, и фильтры в каждом случае выдают различные по качеству результаты, т.е. для достижения наилучшего эффекта нужно выбрать из трех фильтров тот,  который позволит получить контур оптимального качества.

После векторизации рекомендуется воспользоваться функцией упрощения контуров, чтобы уменьшить количество узлов. Эта функция находится в главном меню «Контуры» — «Упростить» или выполняется нажатием комбинации клавиш Ctrl+L. Уменьшение количества узлов значительно облегчает редактирование полученного векторного рисунка.
ris6-1024x526.jpgРис. 6. Исходное векторное изображение и результат применения функции «упрощения» контуров. Узлы в исходном и «упрощенном» контуре изображения.

Ссылки на дополнительные материалы:

  1. Как сделать контуры из растрового изображения http://inkscape.paint-net.ru/?id=30
  2. Gcodetools — расширение для Incscape http://www.cnc-club.ru/gcodetools
  3. Уроки Inkscape tutorial https://inkscape.org/ko/doc/advanced/tutorial-advanced.ru.html

Примечания:

1. Gcodetools и Inkscape распространяются под лицензией GNU GPL, т.е. бесплатно, в т.ч. для коммерческого использования. Обе программы кросплатформенные, есть дистрибутивы под Windows, Linux и MacOS.

 

Шаг 2: Крепление образца к столу 3D принтера и расположение в координатах в программе InkScape относительно маркерной точки крепления.

Перед гравировкой лазером на образце необходимо знать следующее:

1. Гравируемый образец необходимо закрепить на рабочем столе 3D-принтера (или гравера), чтобы не смещался в процессе гравирования при излишне интенсивных движениях стола 3D-принтера. Это можно сделать, используя следующие приспособления:

1.1. Канцелярский зажим – одно из самых простых и легкодоступных креплений для  образца;

1.2. Двустороннюю клейкую ленту,  липкие с двух сторон коврики (например, автомобильные для мобильных устройств и мелочей);

1.3. Обычные (канцелярские, аптечные) резинки.

1.4. Хомуты пластиковые разной длины.

1.5. Пару магнитов: один ставят на образец сверху, второй – снизу  (под столом 3D-принтера), либо можно подпереть  образец с нескольких сторон.

Примечание: крепежные приспособления не должны попадать в поле гравирования.

2. Если образец прозрачный или полупрозрачный, то необходимо использовать подложку,  например, подложить под образец кусок фанеры, иначе лазерный луч  будет проходить сквозь прозрачный образец и воздействовать на стол 3D-принтера. Подкладка под образец нужна и при работе в режиме резки для защиты поверхности стола 3D-принтера от повреждения на финальной стадии.

3. Чтобы векторное изображение нанести в точно обозначенное место образца, следует:

• соотнести координаты расположения изображения и гравируемого образца с машинными координатами 3D-принтера;
• правильно расположить изображение в координатах в программе InkScape.

Итак, по порядку:

1.1. Для определения расположения изображения и гравируемого образца в машинных координатах 3D-принтера нужно выбрать маркерную точку и измерить её точные координаты, чтобы в дальнейшем использовать для определения координат  рабочей зоны и места расположения гравируемого образца на столе 3D-принтера.

1.2. В качестве маркерной точки при работе с 3D-принтером Wanhao мы рекомендуем использовать правый нижний (ближайший к вам справа) угол стола 3D-принтера.

1.3. Далее  измеряем машинные координаты маркерной точки (в нашем случае, правого нижнего угла стола):

1.3.1. Включаем 3D принтер.

1.3.2. Выполняем автоопределение начала координат для всех осей: заходим в настройки принтера поворотом кнопки на блоке управления принтером,       выбираем «Quick Settings» и «Home All». Здесь и далее все команды приведены для 3D-принтера Wanhao Duplicator i3.

1.3.3. Поднимаем лазер по оси Z на необходимую для гравирования высоту (определяемую фокусным расстоянием лазера. Подробно см. инструкцию по настройке фокусного расстояния лазера.)  Для начала, координату Z можно установить на высоту 40 см. Перемещение по координатам осуществляем через блок управления принтером, в настройках находим «Position» —  «X Pos. Fast», или «Y Pos. Fast», или «Z Pos. Fast»,  и  поворотной кнопкой и изменяем значение координаты.

1.3.4. Методом последовательных приближений перемещаем лазер по осям X и Y, пока не сориентируем его луч на правый нижний угол стола, нашу маркерную точку.  Координаты маркерной точки отобразятся на экране. Чтобы убедиться в правильности фокусировки, необходимо включить лазер. Надеваем защитные очки.  Соблюдайте технику безопасности при работе с лазером! При включенном лазере работать необходимо ТОЛЬКО В ЗАЩИТНЫХ ОЧКАХ! Включаем лазер через блок управления: переходим в настройки, — «Fan speed» — «Set Fan Full». При необходимости производим дополнительную подстройку фокуса. 

Для выключения лазера используем «Turn Fan Off». (Дополнительно на верхней раме 3D-принтера Wanhao отдельно установлена страховочная красная кнопка включения и выключения лазера).

1.3.5. Записываем с экрана полученные координаты маркерной точки.

1.4. Пример. Предположим, что координаты маркерной точки: X=200, Y=75. Крепим образец в правом нижнем углу стола принтера край в край. Если размер нашего образца   100х100мм, а гравировки — 60х60мм, и мы хотим расположить гравировку посередине образца, то координаты нижнего левого угла гравировки (самого изображения) будут равны X=120 и Y=95. Вычисления: X= 200 — (100-60)/2 — 60, а Y= 75 + (100-60)/2. Эти координаты понадобятся далее в п.2.2.2. Рекомендуем нарисовать и вычислить самостоятельно.

2. Далее располагаем вектор в координатах в программе InkScape. Для этого:

2.1. Установливаем размер страницы (т.е. рабочего поля 3D-принтера) в рабочем поле документа:

2.1.1. Находим «Файл» - «Свойства документа» - «Размер страницы» (или сочетанием клавиш Shift+Ctrl+D).

2.1.2. В разделе «Общие» обозначаем «Единицу измерения» в «mm».

2.1.3. В разделе «Размер страницы» в подразделе «Другой размер» – «Единицы» меняем на «mm», «Ширина»: 200, «Высота»: 200.

Примечание: 200х200мм – это координатный диапазон работы головки в 3D-принтере Wanhao.

ris2.1.jpgРисунок 2.1. Вклада «Страница» в свойствах документа

2.2. В InkScape необходимо расположить и выставить требуемые размеры изображения (будущей гравировки). Для этого делаем следующее:

2.2.1. Вносим размер в поля «Ш:» и «В:» (ширина и высота, соответственно). ОБЯЗАТЕЛЬНО указываем единицу измерения – mm. Значок с изображением замка (при включенном режиме) сохраняет пропорции при изменении изображения.

221.jpg

2.2.2. Вносим координаты нижнего левого угла векторного изображения в поля «X:» и «Y:». Эти координаты должны учитывать расположение маркерной точки. (См. пример в п. 1.3.)

222.jpg

2.2.3. Для получения требуемых координат можно перемещать изображение мышкой или клавишами со стрелками.

 

Шаг 3: Подготовка файла Gcode из векторного изображения (вектора)

Работа с этой инструкцией подразумевает, что у нас имеется подготовленный векторный вариант гравировки. Вот несколько важных требований к векторному изображению, чтобы получить гравировку наилучшего качества:

• Объект должен содержать только один слой изображения (бывает наложение нескольких слоев одного и того же изображения с разными деталями).
• В векторном изображении не должно быть слишком мелких  (менее 0,5 мм) деталей из картинки (иначе лазер просто прожжет образец, т.к. будет работать в одной точке над мелкой деталью).
• В векторном изображении не должно быть слишком много узлов, иначе генерация Gcode будет продолжаться часами. Для уменьшения количества узлов используйте  функцию упрощения контуров или отредактируйте изображение вручную.

1. Сначала:

1.1. Инструментом выделения и трансформации (в окне инструментов первый сверху в виде черной стрелочки) или нажатием клавиши S или F1 выделяем векторный рисунок, подготовленный для гравировки.

klavish.jpg

Вокруг выделенного объекта появится черная или пунктирная рамка.

1.2. С помощью мышки или клавиш со стрелками выделенный объект располагаем в оси координат (Х, У) в соответствии с  координатами расположения на рабочем столе гравируемого образца. Задать координаты можно также, указав их цифровые значения в верхней строке команд с помощью полей «X» и «Y»:

nastr.jpg

2. Для генерации Gкода используем первый плагин InkScape: «J Tech Photonics Laser Tool».

2.1. Для этого в каталоге программы C:\Program Files\Inkscape\share\extensions» должны присутствовать файлы данного плагина («laser.inx», «laser.py»).  Для удобства мы прикладываем к инструкции данные файлы для скачивания.

2.2. Щелкаем в меню «Расширения», далее «Generate Gcode», далее «J Tech Photonics Laser Tool…»

nastr1

2.3. Указываем в диалоговом окне необходимые параметры для генерации кода:

2.3.1. Команды включения и выключения лазера, используемые для нашего принтера (например, для 3D-принтера Wanhao это команды M106 и M107, соответственно, а для гравера DIY – команды M03 и M05, соответственно).

nastr2.jpg


2.3.2. Скорость перемещения (когда лазер выключен).

2.3.3. Скорость прожига (когда лазер включен).

2.3.4. Время задержки перед движением (прожигом) в миллисекундах после момента включения лазера в точке начала каждого контура.

2.3.5. Количество проходов по гравируемому рисунку

2.3.6. Глубину в миллиметрах за один проход. Этот параметр учитывается в коде при количестве проходов более одного. После каждого прохода добавляется команда, опускающая лазер вниз на данную величину (для сохранения фокусировки).

2.4. Указываем каталог для сохранения файла с нашим кодом. Программа сохранит его, и в следующий раз его не надо будет снова вводить.

2.5. Для запуска работы плагина щелкаем «Применить».

2.5.1. При появлении уведомление о возникновении программной ошибки в результате работы плагина необходимо дополнительно (незначительно) отредактировать вектор и заново запустить плагин. Или использовать другой  плагин, например: «GcodeTools».

2.5.2. Рекомендуем для удобства добавить в сгенерированный код несколько полезных команд. Для этого полученный код открываем в программе Notepad++ (https://notepad-plus-plus.org/).

2.5.2.1. В начало кода вставляем строку «G28 X Y» (Go to origin only on the X and Y axis). Это важно при механическом смещении головки принтера. Команда «G28» (Go to origin on all axes) вернет в ноль все оси.

3. В случае неудовлетворительной работы первого плагина используем плагин: «GcodeTools».

3.0. Открываем в меню «Расширения», далее «Generate Gcode», далее «Path to Gcode».

nastr3.jpg


3.1. Иногда требуется перед вызовом функции «Path to Gcode» запустить последовательно функции: «Orientation points…», «Tools library…», «Площадь…» (eng: «Area…»), подробнее см. уроки на странице разработчиков плагина http://www.cnc-club.ru/gcodetools

3.2. Переходим на третью вкладку: «Параметры…».

nastr3.1.jpg


3.2.1. Указываем каталог для сохранения файла с нашим кодом в программе, чтобы не вводить его в следующий раз.

3.3. Возвращаемся на первую вкладку «Path to Gcode». Запускаем «Применить».

3.4. Полученный код открываем в программе Notepad++ и далее производим несколько замен по всему коду:

3.4.1. Удаляем все верхние строки до слов « (Start cutting path id:…»

3.4.2. В начало кода вставляем строку «G28 X Y» (Go to origin only on the X and Y axis). Это важно, если вы по каким-либо причинам механически смещали головку принтера.

Примечание: Команда «G28» (Go to origin on all axes) вернет в ноль все оси.

3.4.3. Помещаем курсор в начало файла и нажимаем комбинацию клавиш Ctrl + H. В диалоговом окне «Replace» в настройках «Режим поиска» должно быть выбрано  «Расширенный (\r, \n…».

3.4.4. Заменяем везде «(» на «;(»

3.4.5. Заменяем везде «G00 Z5.000000» на «G4 P1 \n M107;»

3.4.6. Заменяем везде «G01 Z-0.125000» на «G4 P1 \n M106;»

3.4.7. Заменяем  везде «Z-0.125000» на «» (т.е. везде удаляем «Z-0.125000»).

3.4.8. Заменяем везде «F400» на «F1111» (т.е. выбираем правильную скорость гравировки, например, 1111, что является  достаточно быстрой скоростью).

nastr3.38.jpg


3.4.9. Обращаем внимание,  что в этом Gкоде мы не указываем координату Z (высота лазера), т.к. выставим её непосредственно перед запуском лазера.

3.5.Отредактированный Gкод выглядит так:

4. Наш Gкод почти готов для использования в 3D-принтере или гравере с установленным лазером L-Cheapo.

В работе любых программ случаются сбои и ошибки. Вот несколько рекомендаций по преодолению этих проблем:

3.1. Плагин «J Tech Photonics Laser Tool» иногда не ставит пробел в какой-либо строке файла с Gкодом перед «F»,  например: «G0 X167.747 Y97.2462F500.000000». Для устранения этой ошибки нужно вручную заменить  везде «F500» (без пробела)  на « F500» (с пробелом перед F).

3.2. Плагин «GcodeTools» иногда выдает пустой файл на выходе. Тогда надо войти в меню «Контур», далее «Оконтурить объект» и повторить генерацию Gcode.

4. Рекомендации:

4.1. Использовать программу для визуализации Gcode: Basic CNC Viewer.

 

Шаг 4: Печатание и прожиг.

После включения принтера выполняем автоопределение начала координат для всех осей (см. Шаг 2 п.1.2.2).

Перед запуском гравировки необходимо выставить высоту лазера Z вручную на принтере, если это не предусмотрено сгенерированным Gкодом.

Оптимальной высотой Z будет та, на которой лазерный луч находится в фокусе на поверхности гравируемого образца.

На верхней раме 3D-принтера Wanhao отдельно установлена специальная красная кнопка включения и выключения лазера.

ОБЯЗАТЕЛЬНО СОБЛЮДАЙТЕ ТЕХНИКУ БЕЗОПАСНОСТИ при работе с лазером. Работайте ТОЛЬКО В ЗАЩИТНЫХ ОЧКАХ при включенном лазере.

Обязательно надевайте защитные очки перед включением этой кнопки!
Защитные очки можно снимать только после выключения этой кнопки!

Полезное:

1. Команда M18 (Disable all stepper motors) освобождает столик от блокировки моторами. (При блокировке столик нельзя придвинуть к себе руками). Эта команда полезна в конце выполнения Gкода, чтобы вручную придвинуть к себе столик и снять гравируемый образец.