DIY Laser Engraver Dengan Arduino

Mesin ini menggunakan sumbu X dan sumbu Y sebagai sumbu utama maka yang harus kita persiapkan adalah membuat rangka yang bisa menggerakkan modul laser ke arah sumbu X dan sumbu Y. Desainlah rangka ini sesuai dengan kebutuhan kita baik dimensi maupun bahan rangkanya. Rangka alumunium v-slot bisa kita gunakan untuk menambah kekokohan dan akurasi laser engraver kita. Kita bisa membeli alumunium v-slot di toko-toko online lokal dengan ukuran sesuai dengan kebutuhan kita karena si kokoh-nya biasa menjual alumunium v-slot ini dengan harga per cm atau per meter, jadi kita bebas mau membeli dengan ukuran sesuai dengan desain yang kita buat. Jika kita menginginkan frame yang sudah siap pakai, di tokopedia atau bukalapak juga tersedia.

V-Slot Alumunium Profile

2. Controller

Controller utama yang digunakan disini adalah kombinasi antara Arduino Mega 2650, RAMPS 1.4 dan modul LCD 12864 Discount Controller yang dilengkapi dengan card reader. Pada dasarnya kombinasi ketiganya lazim digunakan dalam pembuatan 3D Printer berbasis filament. Untungnya, kita dapat memanfaatkannya untuk membuat laser engraver. Lagipula ketiga modul tersebut sudah didesain untuk plug and play satu dengan yang lain, jadi kita tidak perlu khawatir karena untuk menghubungkan tiga modul tersebut kita tinggal memasangkan satu dengan yang lain seperti puzzle. Intinya, kita tidak perlu menyolder.

Modul RAMPS1.4 dan Arduino Mega 2650

Modul LCD 12864 Full Graphic RepRap Discount Controller dengan Card Reader

Dengan menggunakan kombinasi seperti ini kita tidak lagi 100% bergantung pada komputer saat malakukan engrave atau cutting karena kita bisa menyimpan file desain kita di SD Card dan tinggal mengeksekusi file tersebut melalui modul LCD 12864. Kita tinggal memanggil dan mengeksekusinya kembali setiap saat kita membutuhkannya.

Koneksi ke motor stepper yang disediakan modul RAMPS1.4 adalah koneksi 4 wire maka disini digunakan motor stepper dengan koneksi 4 kabel. Spesifikasi motor stepper yang digunakan dalam project ini adalah Nema17 6V 1A, 1.8 Degree, 2 fase 4 wire, kita bisa gunakan merek apapun di sini. Yang kita harus perhatikan betul adalah spesifikasi motor stepper yang kita gunakan karena akan berpengaruh kepada konfigurasi di firmware untuk mengatur atau menghitung steps per mm. Artinya spesifikasi motor stepper akan berpengaruh ke tingkat detail atau resolusi dari hasil engrave / cutting.

Nema 17 6V, 1.8 Degree, 2 Fase 4 Kabel

Timing belt dan timing pulley juga merupakan komponen yang sangat penting dalam pembuatan laser engraver ini, kita harus tau spesifikasinya agar perhitungan steps per milimeter pada konfigurasi firmware bisa akurat. Di project ini tipe timing belt yang digunakan adalah 2GT dan timing pulley yang digunakan adalah timing pulley 20 gerigi (tooth).

Timing belt dan timing pulley

Driver motor stepper bertugas untuk mengatur kuat arus, tegangan, arah dan jumlah step yang harus dilakukan oleh motor stepper dalam bergerak sesuai perintah pada gcode. Arduino tidak memiliki cukup power untuk menggerakkan motor stepper secara langsung. Driver motor stepper ini juga dapat mengatur agar motor stepper melakukan fractional step yang membuat motor stepper dapat berputar lebih halus. Tanpa fractional step ini motor stepper akan cenderung bergetar dan beresonansi (menimbulkan bunyi dan getaran berlebih) pada kecepatan putaran tertentu.

Di project ini kita menggunakan 2 buah driver motor stepper A4988 (untuk sumbu X dan Y) yang memiliki fractional step sebesar 1/16. Kita juga bisa menggunakan driver motor stepper DRV8825 jika menginginkan gerakan yang lebih halus dan lebih silent. DRV8825 memiliki fractional step sebesar 1/32.

Modul laser adalah komponen paling utama. Dalam project ini kita gunakan modul laser 2500mW. Kekuatan atau daya dari laser yang digunakan bisa sangat bervariasi, kita bisa gunakan 500mW, 1000mW atau bahkan 15000mW. Tentu saja semakin besar daya semakin mahal pula harganya.

Koneksi ke modul laser diambil dari pin D9 pada modul RAMPS 1.4 yang mana sebenarnya pin ini adalah tegangan input untuk kipas pendingin. Pin D9 ini langsung dihubungkan ke input power dari modul laser. Dengan demikian perintah GCode yang digunakan untuk menyalakan modul laser adalah M106 S255 sedangkan untuk mematikan kita bisa gunakan perintah GCode M107 S0.

Modul Laser 2500mW dilengapi dengan kipas pendingin

Kita memerlukan software untuk mengunggah firmware ke modul Arduino Mega 2650, software tersebut adalah Arduino IDE yang bisa didownload di website arduino.cc, kita bisa pilih softwarenya sesuai dengan sistem operasi yang kita gunakan, ada versi Windows, mac OS ataupun Linux. Sedangkan firmware yang digunakan disini adalah marlin firmware, kita bisa download firmware-nya di sini.

Setelah kita download Arduino IDE dan marlin firmware, yang pertama harus kita lakukan adalah install terlebih dahulu Arduino IDE. Setelah terinstall, kemudian bukalah file Marlin.ino dari folder marlin firmware yang kita download. File Marlin.ino ini akan memuat semua file marlin firmware ke Arduino IDE. Sebagai langkah pertama, untuk familiarisasi, kita akan langsung compile dan upload firmware ini ke Arduino Mega 2650. Pastikan Arduino Mega 2650 sudah terhubung ke komputer anda melalui sambungan USB dan anda pilih Board dan Processor yang benar sebelum compile dan upload firmware.

Pilih Board Arduino Mega 2650

Pilih Processor ATmega 2650

Jika board dan processor sudah benar, kita tinggal compile dan upload firmware ke Arduino Mega 2650 dengan cara klik tombol centang untuk verifikasi dan dan tombol tanda panah untuk upload.

Klik tanda centang untuk verifikasi dan tanda panah untuk Upload Firmware

Sampai dengan langkah 7 (instalasi atau upload firmware) jika sukses, kita bisa lanjutkan ke langkah ke 8 ini yaitu setting konfigurasi firmware, jika firmware tidak dikonfigurasi maka tentu saja mesin kita ini tidak akan berfungsi sebagaimana mestinya. Berikut ini adalah beberapa yang harus kita sesuaikan konfigurasinya.

Seperti halnya komputer, display adalah paling utama karena lewat sinilah mesin dan manusia bertukar informasi. Jika komputer menampilkan display harus menggunakan driver dan setingan yang sesuai, demikian juga dalam kasus ini, kita membutuhkan Modul LCD ini untuk memberikan perintah kepada mesin laser engraver sesuai dengan kebutuhan kita. Pengaktifan modul lcd ini dilakukan dengan penyesuaian pada file configuration.h.

Pertama yang harus kita lakukan adalah import library U8glib yang file library-nya dapat kita download di sini. Kemudian install dengan cara :

1. Cara Pertama dengan menggunakan menggunakan Arduino IDE:
   • Jalankan Arduino IDE
   • Install library dengan menggunakan menu “Add Library”
2. Cara Kedua dengan cara manual:
   • Matikan Arduino IDE
   • unzip file hasil download U8glib dan salin folder library-nya ke folder “Libraries” di Arduinio IDE
   • Jalankan Arduino IDE

Mengaktifkan SD Card Reader

Pengaturan Steps per Milimeter

Di bagian ini kita akan kalibrasi pergerakan motor stepper berdasarkan spesifikasi perangkat yang kita punya. Ingat, kita memiliki beberapa spesifikasi perangkat yang menjadi variabel dalam perhitungan Steps Per Milimeter, yaitu:

1. Jumlah gerigi timming pulley, kita gunakan pulley dengan gerigi sebanyak 20
2. Timing Belt yang kita gunakan adalah dengan tipe 2GT artinya Belt Pitch adalah 2mm
3. Motor Stepper Driver yang kita gunakan adalah A4988 dengan Fractional Step sebesar 1/16
4. Motor Nema 17 yang kita gunakan memiliki sudut langkah sebesar 1,8 derajat

Perhitungan Steps per Milimeter

Dari hasil perhitungan tersebut didapatkan bahwa dengan perangkat atau hardware yang kita miliki, nilai Steps Per Milimeter adalah sebesar 80. Kita gunakan nilai ini untuk seting konfigurasi di file configuration.h, yaitu

#define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT   { 80, 80, 4000, 500 }

Dengan nilai Steps Per Milimeter sebesar 80 artinya sistem kita memiliki detail resolusi 80 langkah dalam 1 milimeter atau 12,5 mikron. Sebuah resolusi yang cukup baik. Jika kita menginginkan resolusi yang lebih baik kita dapat menyesuaikan harware sesuai dengan kebutuhan.

Kita tidak dapat tergantung sepenuhnya pada file-file desain yang ada di SD Card, ada kalanya terdapat aktivitas-aktivitas rutin yang sebenarnya dapat kita jadikan aktivitas itu sebagai fitur khusus di laser engraver yang kita buat, contohnya adalah ‘Laser On’ dan ‘Laser Off‘. Aktivitas tersebut kita dapat sematkan di menu yang tertera pada Modul LCD. Penambahan menu di LCD ini dapat kita lakukan melalui file ultralcd.cpp, Sebagai contoh, jika kita akan menambahkan menu ‘Laser On’ dan ‘Laser Off‘ di menu ‘prepare‘, maka yang harus kita lakukan adalah menambahkan baris berikut di function lcd_prepare_menu() :

MENU_ITEM(gcode, “Laser On”, PSTR(“M106 S255”));
MENU_ITEM(gcode, “Laser Off”, PSTR(“M107 S0”));

Baris tersebut di kasus ini ditambahkan pada baris 2644 dan 2645 pada file ultralcd.cpp, sebelum ‘END_MENU()’. Silahkan bereksperimen dengan custom menu ini.

10. Engrave Pertama Kali

Untuk melakukan engrave pada media, kita perlu siapkan terlebih dahulu file desain kita yang sudah disimpan dalam format .gcode, intinya file ini berisi tentang perintah terhadap mesin kita kemana arah gerak laser dan intensitas nyala laser sehingga membentuk pola seperti desain yang kita inginkan. Terdapat banyak software GCode Generator di luar sana, namun yang akan kita gunakan di project ini adalah software opensource yaitu Inkscape, kita bisa download Inkscape di sini. Download-lah sesuai dengan sistem operasi yang kita gunakan. Untuk generate file gcode sesuai desain kita, dibutuhkan plugin bernama J Tech Laser Tool Plugin yang bisa didownload di sini, dan tutorial penggunaanya bisa kita temui di sini.

Siapkan desain di aplikasi Inkscape

Generate GCode menggunakan Plugin J Tech Laser Tool

Sesuaikan konfigurasi GCode Generator

Sesuaikan konfigurasi GCode Generator sesuai dengan kebutuhan kita, silahkan bereksperimen untuk mendapatkan hasil engrave / ukir terbaik sesuai dengan media yang kita gunakan. Satu hal yang perlu diingat, karena kita menggunakan pin D9 untuk mengendalikan modul laser maka perintah GCode yang digunakan untuk Laser On adalah M106 dan untuk Laser Off adalah M107. Berikut adalah beberapa hasil engrave dalam project ini.

Pemotongan Kayu Balsa 3mm

Engrave Teks di media kayu

Engrave Foto di Media Kulit

Closing Remark

Terdapat banyak cara dan hardware yang dapat digunakan untuk membuat sendiri laser engraver ini, tinggal bagaimana kita memanfaatkannya sesuai dengan kebutuhan kita. Sekian, mudah-mudahan artikel ini bermanfaat, silahkan share jika dirasa bermanfaat bagi rekan yang lain. Jika terdapat hal-hal yang ingin didiskusikan silahkan sampaikan di form comment dibawah artikel ini. Happy Engraving!