K40 Panel rebuild

Come già discusso in altri articoli, il Laser cinese K40 e’ una macchina molto semplice, che per essere resa produttiva, necessita di molteplici aggiornamenti e modifiche.
In questo articolo vediamo come sostituire il pannello di controllo originale con un nuovo pannello un pochino più gradevole dal punto di vista estetico e che includa alcuni elementi aggiuntivi quali:

  • Amperometro, per la verifica della corrente di lavoro del tubo.
  • Controllo della pompa dell’acqua.
  • Controllo della ventola di estrazione dei fumi.
  • Set di luci aggiuntive.
  • Controllo Air Assist
  • Pulsante dedicato al Test fire.
  • Termometro digitale per la temperatura dell’acqua in ingresso al tubo.

Il pannello sarà realizzato in PMMA da 3mm, corredato da un set di etichette con la descrizione di tutti i i comandi e degli indicatori presenti, con lo scopo di avere un look & feel comune.
La lastra trasparente e’ verniciata sul fondo, in modo da poter ottenere delle scritte retroilluminate.
Per finire ci siamo divertiti ad includere il logo Targetfun!

Per ogni fase della lavorazione abbiamo poi “aggiustato” il disegno in modo poter Incidere o tagliare solo le parti in quel momento necessarie.

Vediamo quindi tutte le fasi di lavorazione effettuate:

1 Disegno del pannello in vettoriale

Come prima cosa abbiamo realizzato il disegno del nostro nuovo pannello in CorelDraw (chiaramente qualsiasi altro sistema di disegno vettoriale va bene, come ad esempio inkscape che e’ completamente gratuito).
Abbiamo quindi impostato gli elementi utilizzando i codici colore di “K40 Whisper”, rosso per il taglio e blu per l’incisione in vettoriale (tralasciando l’incisione raster per non allungare troppo i tempi)

Per i fori di fissaggio del pannello abbiamo tenuto un certo margine, in modo da poterlo centrare agevolmente alle viti dello chassis del K40. Per maggiore efficacia abbiamo usato delle rondelle abbastanza ampie per serrare bene il pannello.

2 Rovesciamento del disegno

Realizzato il disegno, lo abbiamo rovesciato, in modo da poter incidere il retro del pannello.
L’intenzione infatti e’ verniciare di nero il retro del pannello di PMMA trasparente per ottenere un gradevole effetto guardandolo dalla parte frontale.

3 Verniciatura della lastra schermata con primer e vernice nera

Per permettere la verniciatura del fondo, salvando le aree dell’indicatore di potenza e della luce led rossa, abbiamo inciso la pellicola protettiva nelle sole aree interessate, oltre al contorno e ai 4 fori usati come riferimenti per l’allineamento tra le diverse fasi ti incisione e taglio.
Per questa incisione siamo partiti dal disegno rovesciato, rimuovendo tutti gli elementi non necessari.


Abbiamo quindi rimosso tutta la pellicola protettiva, tranne che in tali aree e abbiamo poi verniciato il fondo.
Inizialmente abbiamo usato un primer trasparente per favorire il fissaggio dello spray acrilico alla Lastra di Plexiglass trasparente da 3mm, per poi dare una passata con il colore acrilico nero lucido.
Dopo circa un ora per ogni passata la vernice e’ risultata asciutta e possiamo procedere con l’incisione delle scritte e il taglio dei pulsanti.

4 Creazione del vettoriale per incisione e taglio.

Una volta ottenuto il pezzo opportunamente mascherato e opportunamente verniciato, possiamo procedere ad incidere le scritte. Lo faremo incidendo la parte verniciata, quel tanto che basta per rimuovere la vernice fino a formare delle scritte trasparenti, che potranno essere messe in risalto da un fondo bianco o da una luce all’interno del vano.
In questa fase nel vettoriale verranno rimosse le aree precedentemente mascherate in modo che non vengano ulteriormente ripassate dal facio laser.
Per l’incisione una potenza del 20% ed una velocità di incisione vettoriale di 20 mm/s sara’ piu’ che sufficiente.


Dopo l’incisione possiamo quindi procedere con il taglio vero e proprio delle finestre per gli strumenti, degli alloggiamenti per i pulsanti, dei fori per le viti e ovviamente dell’intero blocco.
Per il taglio una potenza tra 20 e 25% ad una velocità di 2 mm/s effettuerà un taglio pulito, eventualmente da ripetere per un secondo passaggio, in modo da tagliare anche la pellicola protettiva sul lato opposto. in questo caso l’air assist non sarà necessario.

5 Rimozione pellicola protettiva e verifica misure

Al termine del procedimento potremo rimuovere la pellicola protettiva dal fronte del pannello e sul retro, in coincidenza delle are preventivamente mascherate, mostrando quindi la parta trasparente non verniciata e il lato “buono” del pannello su cui verrà montata la strumentazione.
Il risultato finale sarà un pannello lucido, con fondo nero, scritte retroilluminabili, da abbinare a pulsanti omogenei da 16mm , con illuminazione led blu.

Per utilizzare tutta la strumentazione prevista, occorre effettuare alcune modifiche:

  • Installazione dell’amperometro per la misura della corrente di innesco del laser.
  • Installazione del flussometro con relativo termometro digitale e alimentazione.
  • Modifica della scheda digitale, sostituendo il microswitch di “laser test” con un più comodo pulsante di tipo “momentary” da 16mm.
  • Interruzione delle alimentazioni elettriche tramite interruttori di tipo Latch da 16 mm per:
    • Pompa dell’acqua.
    • Air assist.
    • Luci aggiuntive.
    • Ventola estrazione fumi.
    • Accensione laser.
    • Illuminazione standard.

In questo modo senza stravolgere la circuiteria del laser potremmo comunque avere tutto il necessario per controllare in modo semplice e gradevole il nostro strumento di taglio.

6 Assemblaggio del pannello

Elenco materiale:

Per maggiore sicurezza e per comodità, al posto di interrompere direttamente i circuiti tramite gli switch, e’ possibile usarli per pilotare una scheda relay, in grado di disaccoppiare l’alta tensione dal pannello e pilotare voltaggi differenti con il medesimo set di pulsanti.
Con questo sistema sarà possibile personalizzare il pannello e pilotare con il medesimo sistema qualsiasi tipo di controllo, da utilizzare nel modo più adatto rispetto alla configurazione ed ai dispositivi aggiuntivi installati sul proprio k40.
L’illuminazione degli switch, come anche la scheda relay, saranno alimentati a 12V.
Il trasformatore per fornire i 12V andrà alimentato prendendo la tensione 220V a valle degli interruttori generali presenti sul K40, in modo da poter essere sicuri di non avere tensione una volta spento il laser.

I pulsanti di incremento decremento della potenza presenti sulla scheda Nano M2, possono essere facilmente realizzati tramite dei “cappucci” stampati 3D in TPU, che entrino nel foro e si possano sovrapporre al microswitch originale. Questo migliorerà la sensazione al tatto rispetto alla membrana originale, perdendo tuttavia l’impermeabilità.

Per semplificare il cablaggio e’ possibile acquistare gli switch con i relativi connettori gia’ cablati.
L’alimentazione a 12V andrà quindi collegata al contatto “C” (comune) e ad un contatto del led presente sul pulsante, mentre il carico (il morsetto per attivare il relay) andra’ collegato sul contatto “NO” (normalmente aperto) e sull’altro contatto del led (rispettando la polarità, come mostrato in figura).
Il contatto “NC” non e’ utilizzato e quindi rimuoveremo dal connettore il relativo cavetto.

In questo modo i led si accenderanno quando lo switch sarà premuto, alimentando contemporaneamente il relay, sul quale sarà possibile collegare il dispositivo da controllare (Tra i morsetti “C”ed “NO”)

Di queste schede relay ne esistono in vari formati. Per il nostro progetto utilizziamo quella da 8 canali. Useremo due porte per l’interruttore Laser Power (interrompendo entrambi i poli, come nel circuito originale), mentre per tutte le altre porte , di differente voltaggio, andremo ad interrompere solo un conduttore.
Etichettiamo quindi ogni relay per ricordarci in futuro come sia stato cablato il circuito.

TEST LASER
AIR ASSIST (220V)
EXTRA LIGHT (24V)
LIGHT (24V)
WATER PUMP (220V)
AIR EXTRACT (12V)
LASER POWER 1
LASER POWER 2

Sul retro della scheda Nano del K40, in corrispondenza del microswitch del Laser test, andiamo a saldare due fili, che permetteranno di chiudere il circuito direttamente dal relay, invece che premendo il micro presente sulla scheda. Andiamo quindi a montare la scheda Nano su retro del pannello tramite dei distanziatori di altezza tale da permettere il corretto funzionamento dei pulsanti.
Tramite l’apposito supporto stampato in 3D andiamo poi a montare la scheda reay sopra la scheda Nano M2, in modo da avere un pannello compatto con tutto il cablaggio necessario, ma al tempo stesso ben isolato.

Completato il pannello potremo testarlo prima di montarlo sullo chassis del Laser, in modo da evitare inutili sprechi di tempo dovuti a banali errori, verificando inoltre che tutto i conduttori siano opportunamente isolati.

Le prossime operazioni andranno effettuate direttamente sul laser, montando quindi il pannello e rivedendo il cablaggio in modo opportuno.

Le uscite dei relay saranno collegate ad una morsettiera, alla quale andranno poi collegati i vari dispositivi da controllare. Questo permetterà di raccogliere il cablaggio in modo ordinato.
In particolare i due interruttori (Laser power e Light) andranno rimossi e ricablati sui rispettivi canali del modulo relay.

L’amperometro andrà collegato in serie sul cavo “L-” che dalla PSU del K40 porta al tubo laser:

Infine andremo ad inserire il display del termometro digitale collegato al flussometro, in modo da completare il pannello ed avere anche la temperatura dell’acqua sotto controllo.

Nel mio laser sia la pompa dell’acqua che la pompa dell’aria per l’air assist sono alimentati a 220v, voglio però avere la possibilità di scollegare questi dispositivi ed eventualmente sostituirli con facilità.
Per questo motivo i pulsanti che li comandano non saranno collegati direttamente ai dispositivi, ma controlleranno invece le 2 prese da 220v presenti sul retro del laser, sulle quali saranno collegati i due dispositivi.
Purtroppo le prese presenti sul retro del laser (e finora inutilizzate) hanno lo standard cinese, ma e’ giunta l’ora di sostituirle con con delle prese EU o meglio ancora con delle prese universali, che sono reperibili su aliexpress nelle medesime misure e possono quindi essere sostituite con facilità.

L’illuminazione invece sara’ facilmente gestibile essendo a 24V e dalla stessa sorgente andremo ad alimentare anche i led aggiuntivi IKEA LEDBERG divisi in 3 segmenti rigidi, facilmente collocabili con del biadesivo sotto al coperchio del K40.

Conclusioni

Con un po’ di pazienza e certosino lavoro, abbiamo modificato il k40, dotandolo di un pannello personalizzato, adatto a gestire in modo elegante e compatto tutte le funzioni principali del laser.
Non abbiamo stravolto il dispositivo, mantenendo la scheda originale Nano M2, ma aggiungendo un amperometro e un termometro per monitorare la temperatura dell’acqua in ingresso al tubo.
Assieme alle numerose modifiche già effettuate in precedenza il nostro K40 comincia ad avere delle funzionalità di tutto rispetto.
Le modifiche apportabili sono ancora molte e nello spirito di questa piattaforma continueremo a migliorarlo, ideando nuove soluzioni per le problematiche che man mano dovremo affrontare nell’uso di questo assurdo apparecchio!

ATTENZIONE!: Questo articolo ha uno scopo puramente di intrattenimento e non vuole assolutamente essere un tutorial su come effettuare operazioni che possono essere molto pericolose.
Operazioni su alta tensione e su apparati che non rispecchiano le norme europee sulla sicurezza possono causare incidenti anche molto gravi o persino la morte, si sconsiglia quindi a chiunque non sia esperto di effettuare simili modifiche. Non mi assumo quindi nessuna responsabilità su danni a persone o cose derivati dalla errata interpretazione di quanto sopra.

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