myhobbyspaceworld: febbraio 2018

Questa macchina per taglio polistirolo a filo caldo, CNC, è realizzata cercando di mantenere basso il costo di costruzione ma garentendo una precisione accettabile per l'uso per cui mi serviva, cioè per sagomare contenitori e imballaggi e per il taglio di profili per aeromodellismo.

Ho cercato di utilizzare quanto più possibile componenti di facile reperibilità o realizzabili da me con pantografo cnc.

Come di consueto si basa sulla movimentazione di un filamento metallico sottile che, percorso da una tensione elettrica, si riscalda abbastanza da fondere il polistirolo espanso (o polistirolo estruso, o gomma piuma...).

A differenza del taglio manuale che si può effettuare con un archetto, con un filamento a resistenza costante, questo tipo di macchina prevede che il filamento NON tocchi il polistirolo, o al massimo lo sfiori, e lo tagli per irraggiamento. Solo senza toccare il polistirolo il filamento può rimanere sempre teso e qualunque taglio è realmente rettilineo. Questo comporta che il taglio sia però più largo del diametro del filamento, per questo motivo si usa un filamento sottilissimo, io uso tungsteno del diametro di circa 0,1 mm. Con questo filo il taglio ha uno spessore di circa 1mm.

La macchina è costituita da 4 assi motorizzati che lavorando a coppie muovono i due punti di attacco del filamento su due piani verticali, paralleli.
I due punti di attacco possono muoversi in modo simmetrico per fare tagli paralleli, ma possono anche muoversi in modo indipendente per eseguire tagli asimmetrici, come per esempio per rastremare le ali di un aeromodello.

Gli "assi" sono tutti basati su semplici tubi rettangolari in alluminio sui quali scorrono carrelli costituito anch'esi da un tubo di alluminio ma con inserti in polietilene che fanno da superfici di scorrimento.

Per la trazione ho utilizzato motori passo passo di taglia NEMA 17, abbastanza comuni perchè utilizzati su molte stampanti 3D. Anche le puleggie dentate e le cinghie di trasmissione sono del tipo comune sulle stampanti 3D.
Per i movimenti orizzontali, il motore di ciascun lato è montato sul proprio carrello mentre la cinghia è aperta e tesa parallelamente all'asse; in pratica è come se la cinghia facesse da cremagliera.
Per i movimenti verticali invece ho tenuto il motore fisso alla base dell'asse (il carrello orizzontale sostiene l'asse verticale) e la cinghia fa un anello arttorno ad una ruota di rinvio e trascina il piccolo carrello verticale

Questa soluzione mista è secondo me una semplificazione in quanto tutta la meccanica è concentrata in un solo pezzo. Entrambi i motori sono adiacenti, il peso dei motori rimane sempre basso, i cavi elettrici dei motori di ciascun lato viaggiano assieme, il carrello verticale è leggerro e compatto. In'oltre il "carrello motori" è standard: se volessi cambiare le dimensioni utili della macchina dovrei solo sostituire gli assi in alluminio e le cinghie, la meccanica rimarrebbe tal quale.

Molte macchine di questo tipo utilizzano barre filettate per la trazione perchè garantiscono molta precisione. La scelta delle cinghie sincrone comporta una piccola riduzione della precisione in compenso però ha MOLTI vantaggi.
E' molto economica :la barra filettato necessita di cuscinetti, chiocciola filettata motori più grandi e struttura pesante.
La cinghia permette di costruire assi molto lunghi.
La cinghia è molto più leggera e di conseguenza tutta la costruzione meccanica è molto leggera e i motori sono piccoli.
Ultimo ma non meno importante la trazione a cinghia permette anche movimenti veloci il che risulta comodo negli spostamenti di posizionamento. Nell'utilizzo pratico della macchina questo ultimo aspetto è tutt'altro che marginale!

Per il piano di lavoro ho utilizzato una semplice asse di legno. Per comodità ho incollato una griglia di metri in carta (quelli che si trovano gratuitamente ai brico) che è molto comodai per posizionare e allineare i pezzi da lavorare.

Come Software uso Mach3. Ho configurato 2 diversi profili: uno per i tagli paralleli in cui gli assi si muovono a coppie, sul Mach 3 si vedono solo gli assi X e Y di un lato (i motori dell'altro lato copiano esattamente i primi ). Un'altro per il taglio delle ali rastremate in cui piloto separatamente X1, Y1, X2 e Y2.

Per eseguire i movimenti asimmetrici è necessario anche gestire l'allungamento della diagonale (del filo caldo). Io ho sfruttato la molla spirale di un flessometro per avere una tensione molto costante.