Ender 3 (Pro & V2): guía para instalar un módulo de grabado Láser!

Una grabadora láser es un dispositivo que permite realizar grabados sobre la superficie de un objeto utilizando un rayo de alta energía dirigido a un punto muy pequeño. Esto produce una “quemadura” controlada en la zona afectada, la cual se puede mover para formar letras e imágenes en la pieza.

Al usarse en materiales más delgados o menos resistentes, una grabadora láser puede utilizarse como herramienta de corte. Suele usarse madera para realizar piezas decorativas con una terminación muy precisa, con cortes intrincados que serían imposibles de realizarse de forma artesanal.

Normalmente, se utilizan placas delgadas de aluminio o acero para realizar grabados, aunque pueden grabarse todo tipo de materiales si se selecciona un módulo láser suficientemente potente.

La forma de controlar el movimiento es la misma que se utiliza en las impresoras 3d y los routers de mecanizado: el control numérico computarizado o CNC. Luego de procesar aquello que se quiere grabar, debe generarse un archivo con el código G que es interpretado por la máquina para desplazarse, encender y apagar el láser según sea necesario.

Debido a que las grabadoras y las impresoras 3d utilizan el mismo sistema de ejes cartesianos, es posible intercambiar el hotend de una Ender 3 por un módulo láser que permite utilizar la impresora como grabadora. De esta manera, puedes probar esta forma de crear nuevos diseños sin la costosa inversión de una grabadora completa.

¡Importante! La seguridad es lo primero

Antes de comenzar, debes tener en cuenta que existen ciertos riesgos al utilizar una grabadora láser. Como te comenté, el rayo de energía es muy potente y produce calor suficiente como para cortar madera y derretir la superficie de un metal, por lo que es extremadamente importante mantener alejadas las manos y cualquier elemento que pueda entrometerse entre el rayo láser y la placa a grabar. Unas cortinas movidas por el viento, por ejemplo, podrían iniciar un incendio si no se controla la máquina adecuadamente.

Por otra parte, el láser emite ondas que pueden ser altamente dañinas para el ojo humano, por lo que, si bien los módulos de uso doméstico cuentan con un pequeño filtro, es obligatorio el uso de lentes especiales de protección. Recuerda que el daño en los ojos es irreversible en la mayoría de los casos.

Además, el proceso de grabado genera humo y gases tóxicos, en especial al grabar plásticos y metales, por lo que no debe realizarse en un ambiente sin ventilación o con presencia permanente de personas o animales.

¿Qué módulo láser debo instalar?

Si decides convertir tu Ender 3 a una grabadora láser, lo primero que debes definir es el uso que le darás a la máquina. La variedad de módulos disponibles es muy grande, y en general puedes clasificarlos de acuerdo a la potencia de su láser. Mientras más potentes sean, más rápido podrán realizar su trabajo, y serán capaces de cortar materiales más gruesos. Obviamente, su precio también será más elevado, por lo que no conviene comprar un láser excesivamente potente si lo que deseas es grabar placas de acrílico o cortar madera delgada.

A modo de orientación, un módulo láser de 5 W puede realizar cortes de hasta 10 mm en madera terciada y grabar en acero con relativa facilidad.

Si quisieras cortar metal, necesitarías un láser de tipo industrial, de muy alta potencia y gran tamaño, por lo que aquí sólo haré mención a los módulos de uso doméstico.

Laser 1: 5 W de potencia, con capacidad de grabado en casi cualquier material, incluyendo metales, su valor aproximado es de $169. Se alimenta con 24 V y es muy sencillo de instalar. Ofrece una resolución mínima de 0.1 mm. Link

Laser 2: con 1.6 W de potencia y un valor de $57 este módulo Creality se instala mediante imanes y graba materiales como madera, cuero y acrílico. También es capaz de cortar madera delgada con relativa facilidad en varias pasadas. Link

 Laser 3: la opción más económica se puede adquirir por $37 y cuenta con un módulo de 500 mW de potencia, suficientes para grabados simples en madera. Link

Cómo instalar una grabadora láser en una Ender 3 (Pro & V2)

Debido a que vamos a utilizar la misma estructura que utilizamos para imprimir, son muy pocas las modificaciones necesarias para instalar el módulo sobre el cabezal de la máquina. Incluso, el fabricante Creality ha desarrollado un sistema de acople directo para el módulo láser en sus impresoras 3d. El mismo utiliza imanes muy potentes para unir firmemente la grabadora al cabezal metálico de impresión, por lo cual no hace falta imprimir un soporte nuevo o modificar el instalado.

A lo largo de este tutorial, te recomendamos seguir tanto el paso a paso detallado a continuacion, asi como tambien el siguiente video:

Paso 1: quitar la cubierta de la controladora y desconectar el ventilador de capa

La potencia del láser es variable, y depende del valor de tensión que recibe de la placa controladora. Aprovechando que podemos aumentar o reducir la velocidad del fan de capa usando una técnica de PWM, instalaremos el módulo en esa salida de la placa para controlar la potencia de la grabadora.

1. Inclina la impresora sobre su costado izquierdo para acceder a la parte inferior donde se encuentra la cubierta de la placa de control.
2. Usando unos destornilladores, quita los tornillos de la cubierta
3. Desconecta la ficha del ventilador de capa

Paso 2: reducir la tensión de entrada al módulo láser (si es necesario)

La placa de control de las impresoras Ender 3 tiene salidas de tensión con un valor de 24 V, pero la mayoría de los módulos de grabado láser requieren 12 V para operar. Superar ese valor hará que se queme, por lo que es necesario reducir este valor interponiendo en la conexión un Step Down, que transforma los 24 V de entrada en 12 V de salida.

En el caso de que hayas comprado el kit Creality de grabadora láser, omite este paso.

1. Deriva dos cables desde la ficha para conexión del ventilador de capa de la placa hacia la entrada del convertidor. Es importante tener en cuenta la polaridad de los cables. Una buena práctica es utilizar cable rojo para el positivo y cable negro para tierra.
2. En algunos modelos de grabadora, el láser necesita ser alimentado con una fuente de tensión constante, además de la señal PWM. En ese caso, conecta los cables de alimentación del módulo láser a una fuente externa de 12 V, o bien utiliza otro convertidor para suministrar el valor correcto de tensión al láser usando la fuente de la impresora.

Paso 3: conectar el módulo de grabado láser y cerrar la cubierta

1. Conecta la ficha del láser a la placa de control, en el puerto del ventilador de capa.
2. Coloca la cubierta de la placa y asegurala con los tornillos de fijación
3. Vuelve a ubicar la impresora en su posición correcta.

Paso 4: instalar la grabadora láser

Una vez que esté todo listo, es momento de colocar el módulo en su lugar. Si estás utilizando el kit de Creality, sólo hace falta apoyar los imanes sobre el soporte metálico del cabezal de impresión. En otros casos, se requiere lo siguiente:

1. Imprime un soporte que se adapte a tu cabezal de impresión. En repositorios como Thingiverse hay muchos modelos para elegir.
2. Ubica el módulo de manera que quede firmemente unido al hotend. Recuerda que si el láser se cae durante el movimiento, puede originar un incendio rápidamente.
3. Otra solución, en caso de no contar con los medios, es sujetar el módulo usando precintos de manera provisoria.

Cómo utilizar la grabadora láser en la Ender 3 (Pro & V2)

Al igual que cuando usamos la máquina para imprimir, es necesario crear un archivo de código G y ejecutarlo. Este contiene las instrucciones de movimiento y las secuencias de encendido y apagado del láser. Para ello, hace falta cargar las imágenes o texto a grabar en un software especial que interprete y genere el archivo. Mientras más contraste tenga la imagen que quieras grabar, más sencillo será para el programa interpretar las líneas y lograr una mejor resolución.

Software: generar el Código G

Desde su sitio web oficial puedes descargar el programa de Creality para cargar texto o imágenes y procesarlos.

Existen otros programas que realizan la misma función y te permiten editar a tu gusto algunos parámetros más avanzados. Algunos de ellos son pagos, como DraftSight, el software de corte 2d de la empresa detrás de SolidWorks. Por supuesto, es una solución profesional para empresas y su costo está orientado a ese público, por lo que puede resultar excesivo para el usuario hobbista.

Entre los programas gratuitos más destacados puedo recomendarte LaserWeb o LaserGRBL, ambos son open-source y ofrecen más o menos las mismas funciones. Prueba realizar la carga de varias imágenes para familiarizarte con su uso.

Sigue estos pasos para generar el código G (usando Creality Workshop):

1. Consigue el archivo JPG que quieras usar para grabar. Las imágenes en blanco y negro son mucho más fáciles de utilizar.
2. Usa el modo “laser” y “blanco y negro”.
3. Abre el archivo JPG a grabar.
4. Usando el ajuste deslizante, selecciona la intensidad del láser. Necesitarás experimentar con este parámetro hasta encontrar el punto justo. Puedes comenzar con el valor máximo y luego bajarlo en caso de que el grabado sea excesivo.
5. Establece el tamaño y la posición de la pieza a grabar. Te sugiero que comiences por imágenes pequeñas cercanas al origen de coordenadas.
6. En la pestaña “Export Setting”, coloca los parámetros del láser, como la velocidad de grabado o la distancia en el eje Z al cual se imprimirá (te recomiendo una altura de 6 cm, luego en la calibración verás porqué). Al igual que con impresión 3d, es conveniente comenzar con bajas velocidades y luego subirla al notar buenos resultados.
7. Haz clic en “export Gcode” y guarda el resultado en una tarjeta SD.

Prepara la impresora para el grabado

Calibrar la impresora para utilizar un láser en vez de un extrusor es muy diferente. Aquí tienes una pequeña guía para ayudarte:

1. Ubica el módulo en la posición 0 de los ejes X e Y.
2. Levanta el eje Z hasta una altura aproximada de 6 cm por encima de la base. Esta será la altura de grabado establecida en el código G.
3. Coloca un trozo del material que quieras grabar sobre la cama. Si no tienes un trozo del mismo material, puedes usar una hoja de papel grueso
4. Enciende el láser y ajusta la potencia a un valor medio.
5. Regula el foco del láser hasta conseguir reducir el haz de luz a un punto pequeño.
6. Coloca la pieza a grabar y sujétala firmemente a la base, puedes usar para ello los mismos ganchos que se usan para el vidrio de la cama caliente.
7. Inserta la tarjeta SD y ejecuta el archivo.

Conclusión

Si ya tienes una impresora 3d, convertirla en una grabadora o cortadora láser es muy sencillo, ya que comparten el mismo sistema de movimiento y se pueden usar con la misma placa de control. Sólo es necesario adquirir un módulo láser con la potencia deseada e instalarlo de manera muy rápida. Los programas que generan el código G son gratuitos y relativamente sencillos de configurar, por lo que no pierdas más tiempo y lleva tu máquina al siguiente nivel!