近年來有由3D列印的盛行，小型雷雕機也開始流行，不需要花大筆的鈔票，也能在家或小型工作室裡雷射雕刻作作品，我玩3D列印多年，從最早的RapRap機型到Delta，現在使用的 Ender 3 Pro，前面兩台已經沒人再 Support，雖然市面上較容易取得的零件可以進行改裝，懶的搞！都把它拆了當零件，至於拆下來的零件要如何應用，就來搞個簡單的雷雕機吧！不然說真的拆下來的步進馬達真的不知道能做什麼，又不容易壞。
簡單說明
以GRBL開源韌體來說，3D列印機與雷雕機結構是一樣的，都有 XY 軸，至於Z軸對雷雕機來說就不一定需要，常看到外國YT在玩雷雕時，把 CNC 機子綁上雷射頭，設定完參數，算完 GCode 就可以雷雕，或是拿塊控制板接上3D列印機馬達，綁上雷射頭，3D列印機馬上變雷雕機，真的有那麼簡單😏
反正有 XY 軸的結構就 OK，再來要接哪塊控制板其實都可以，不管是 Arduino CNC Shield 還是現成的 GRBL的板子都可以變雷雕機。
材料清單
- 步進馬達 x 2
- 5mm傳動輪20齒 x 2
- 5mm惰輪20齒 x 2
- GT2皮帶 x 2
- 線性滑軌300mm x 1
- 線性滑軌400mm x 1
- 歐規2020鋁條250mm
- 歐規2020鋁條300mm x 1
- 歐規2020鋁條400mm x 1
- 限位開關 x 2
- 雷射頭 x 1
- Arduino UNO x 1
- CNC Shienld x 1
- 4988步進馬達驅動器 x 2
上面是我的機體所需材料清單，後面五個就不一定了，也可以買現成的控制板，只要簡單的設定就可以使用，限位開關可有可無，有的話方便對位置，看控制板支援性，雷雕機最貴的就是雷射頭，瓦數越高越貴，買整套的雷雕機好像都是為了瓦數而重買整台機器，每次買的都是不同品牌機器，DIY 的好處在直接換雷射頭或控制板就可，機體結構依舊不變😎。
XY 軸機構設計
COREXY
COREXY 馬達運動方式，挺神奇的，可以讓馬達在同一軸線上，還可控制 XY 軸移動，單轉一顆馬達，會呈現斜這移動．同時轉動兩顆馬達，同個方向轉動或不同方向轉動，就可呈現 XY 軸移動，畫一張皮帶的纏繞方式比較好理解（如圖），我沒有選擇這個方式，如果有興趣可以看這篇文章 4xiDraw 或 YT 有詳細解說。
XY 軸
下面是我設計的結構，在XY軸上各配置一顆馬達，我設計是以線性滑軌當軌道運動結構，非滑輪或滾輪，一開始原本想做四方形結構來跑，測試後需要三顆馬達來運作才不會偏移，後面改採兩顆馬達來運作結構，節省材料 (如下圖)，Y軸滑軌尺寸400mm ，X軸滑軌吋300mm，可以雷雕範圍 300x200mm，這尺寸會依換上不同雷射頭有所變化。
GRBL 韌體與控制板
機體搞定了！換來搞韌體，GRBL 是一個開源 CNC 軟體，在 Arduino 上運行用來控制機器的運動，自製雷雕機少不了它，只要把 GRBL 韌體燒入 Arduino 插不多就完成一半。
韌體燒錄
先在電腦上安裝 Arduino IDE，可以到 Arduino 官網下載，再到 GRBL 官方網頁下載最新韌體壓縮檔或是在 Code 頁面點擊 Code 按鈕➟Dowload ZIP 選單下載(如下圖)，再準備一張 Arduino UNO。
安裝完 Arduino IDE 後開啟，把 GRBL 安裝到 Library 裡面，點選上方選單 Sketch➟Incllude Library➟Add ZIP Library 選擇上面下載下的 grbl 壓縮檔開啟，加入後 Include Library 內最下方最會出現 grbl，表示 grbl 已加入 Library 內 (如下圖)，再到選單的 Tools➟Board:➟Arduino AVR Boards➟選擇 Arduino Uno，用 USB 將 Arduino UNO 接上電腦，再到Tools➟Port 選擇連接埠，點選 Arduino IDE 選單上的 File➟Examples➟grbl➟grblUpload，再按下箭頭圖示按鈕，將韌體燒錄 (如下圖)，沒有出現錯誤訊息，顯示 Done Upload 表示韌體已燒錄。
再來修改一下韌體的 config.h 檔來符合我的馬達配置，修改檔案位置在 文件/Arduino/libraries/grbl/config.h，使用文字編輯器開啟，因為我只使用到 XY 軸，所以原本設定前面加兩個斜線//，再把畫紅線的那行前面斜線//刪除 (如下圖)，儲存修改，再到 Arduino IDE 按下箭頭再燒錄一次，到這裡 Arduino 的韌體就燒錄完成啦！
如果使用的不是 Arduino 是使用現成的 GRBL 控制板，燒錄韌體部分就可以不用，因為韌體已燒錄，只需要修改設定參數就好，例如是否開啟限位開關(極限開關)、調整馬達轉向、馬達轉動步數…等設定，除非你需要修改韌體就必須再燒錄一次，我也買了一塊現成 CNC 專用的 GRBL 的控制板 (如下圖)，控制板以內含 PWN/TTL 驅動功能，而且支援雷射頭 Pin 腳多樣，照圖接一接就可以使用。
因為我一開始買的雷射頭(2pin)沒有驅動板，無法在 Arduino CNC SHIELD 上使用，後面放棄使用 Arduino 當控制板，雖然之前有用過非 GRBL 韌體，不需要雷射驅動板，只是效果不是很好，如之前說的那塊控制板都沒差，只要有支援 GRBL 雷射控制的都可以。
組裝與接線
Arduino CNC SHIELD 的配線圖如下，我另外一塊控制板配線如上段落圖片，接線時請注意正負極，首先先把 Arduino UNO 與 CNC SHIELD 上下接起來如下圖，X Y 軸的六個跳線全插滿，上面再插上A4988驅動器，馬達 4pin 線為黑綠紅藍順序插上，由於馬達的擺設方向會造成雷射頭運動方向相反，後面可以用接線反插（藍紅綠黑）或設定參數改正。
GRBL 雷雕機控制軟體
雷雕機控制軟體有很多，如果是買品牌機型都會附有控制軟體，對於 DIY 來說也有免費與付費的軟體可以使用，網路上較多人使用軟體如，GRBL Controller、LaserGRBL、LightBum、LaserWeb 這四種，GRBL Controller 基本控制都有介面比較陽春，LaserGRBL可以設定的細項很多，雷雕設定比較一般，後面再詳細說明，LightBum 是付費軟體，國外 YT 挺多人用，可控制的設定項目多，LaserWeb 以網頁為操作介面，我覺得像OtoPriter，裝上樹梅派就可以無線控制，也有 Windows 安裝版本，可到官網有詳細介紹。
LaserGRBL
設定
LaserGRBL 免費控制軟體，雖然免費對於基本硬體設定控制都沒有少，開啟 LaserGRBL，把以燒錄完 GRBL 韌體的 Arduino UNO + CNC SHIELD 接上電腦，選擇連接埠，再按下介面上的連線，下面資訊欄位顯示 Grbl 1.1h [‘$’ for help] 表示你的 GRBL v1.1版韌體安裝成功 (如下圖)，這時侯可以點一點下面的方向鍵，看看馬達運動方向是否正確，如果不正確可修改 Grbl 韌體參數，點選選單 Grbl➟Grbl 韌體參數 (如下圖)，跳出 Grbl 韌體參數視窗，這裡秀出的是我的 Grbl 韌體參數設定 (如下圖)，參數設定好記得按下寫入韌體按鈕。
這裡大概說明我有修改的設定(其它為預設值)：
- $3 馬達轉向反轉，X軸移動方向反轉1，Y軸移動方向反轉2，兩軸都反轉3 (設定3)
- $20 軟體限開關位，依＄130,＄131而定，0關閉1開啟 (預設0)
- $21 硬體限開關位，0關閉1開啟 (設定1)。
- $22 介面添加Home按鈕，0關閉1開啟 (設定1)。
- $23 按下Home按鈕移動方向，X軸移動方向錯改1，Y軸移動方向錯改2，兩軸都錯改3 (設定3)
- $32 雷射功能，0關閉1開啟 (設定1)。
- $100 X軸馬達步數/距離 (設定80mm)。
- $101 Y軸馬達步數/距離 (設定80mm)。
- $130 X軸最大距離，單位mm 設定167mm(最大187mm)。
- $131 Y軸最大距離，單位mm 設定270mm(最大290mm)。
*$130,$131 以安裝的雷射頭規格決定尺寸。
下圖是 XYZ 軸反轉值設定表，$2,$3,$23 使用參數，上面我只列3個值，詳細資料見 grbl 官網說明。
設定裡需要計算的就是 $100 與 $101 馬達的轉動步數/距離，這裡有點複雜給大家簡單計算工具，可以到 PRUSA3D 這裡計算，我的步進馬達1步為1.8度，馬達上面會標示，就選擇1.8度，上面段落有把 XY 軸的跳線全部插上目的就是要把馬達每一步再細分成16段，就選擇1/16，用的皮帶是 GT2 皮帶節距為 2mm，所以就選擇 2mm Pitch (GT2 mainly)，Belt pitch (in mm) 就填 2，馬達上的傳動輪為20齒，填20，填完後最下面 Result 就是答案 80 就可以輸入到韌體裡啦！
＊1步=1.8度➗16=0.1125,360度➗0.1125=3200,20×2=40,3200➗40=80
到這裡設定都完成，按下 Home 會往限位開關的方向跑，馬達轉向都正確，在接上雷射頭，就可以開始測試雷雕了，Arduino CNC SHIELD 設定就到這裡結束，後面雷雕說明我以使用現成的 GRBL 控制板，燒錄韌體與設定都與 Arduino UNO 一樣，上面的設定參數屬於我的設計的機體，其它機型可能因馬達配置不同需要測試修改。
使用
搞了那麼久，終於可以開始雷雕了，LaserGRBL 雷雕設定參數沒有一定，不同的雷射頭與要雕的材質不同參數就會不依樣，所以要自己測試，可以測出一個最好的表現，大致說明一下不然會看到想睡，剩下就自己去摸索，在介面上有兩個 Home 代表不同功能，一個是連線時雷射頭停留的位置，一個是以限位開關為準的位置(如下圖)，3% 功率開啟雷射頭目的是要讓調整雷射頭的焦距跟距離。
現在開啟一張圖來雷雕，上方選單文件➟開啟文件，我開啟一張水溝蓋圖，跳出圖片的修改視窗(如下圖)，右邊是預覽圖左邊是設定，左邊參數區域是在設定圖片深淺明暗，轉換工具區域是在設定雷射雕的方式，最下面 Line to Line Options (線到線的位置)區域是在設定線的方向與解析度，有個預覽記得勾選，這樣左邊修改右邊預覽圖就會改變，網路建議圖案複雜線條方向以對角比較好．密度太多太少都不好，我覺得這個部分取決雷射頭的細度，下面按鈕就是一些旋轉圖片填色，再來按下下一步。
這時會再跳出一個視窗 (如上圖)，上面有速度，設定雷雕時的速度，旁邊個書的 ICON 可以參考材質參數，激光選項，有兩個模式 M3 是雷射固定功率輸出，適合切割，M4 是雷射浮動功率輸出，適合有深淺照片圖像，最小值最大值是在設定雷射輸出的功率，在下面就是設定要雷雕的圖片大小，在按下創建紐，會到一下開始介面，圖片也載入，這時只要對好要雕的位置，就可以按下連線下面三綠色三角按鈕，開始雷雕 (如下圖)，後面多次測試下雕完的結果如下圖 (圖非設定值)，
結論
我使用的雷射頭有兩種，12V 0.5W 雷射頭 2pin，NEJE 12V 30W 雷射頭 4pin (如下圖)，0.5W 雷射頭約一千多，30W NEJE 的比較貴三千多元，加配件運費關稅插不多四千多塊五千吧！我也忘了！記得快五張小朋友😆，至於雕出來的的效果如何，說真的當然是瓦數與價格越高效果越好，下圖蒂法使用 30W 雷射頭，功率15%，速度1500mm，使用 0.5W 雷射頭，功率90%，速度1500mm，應該很容看出差異，深淺與線條 30W 雷射頭比較好，切割紙板當然也是高瓦數輸出的效果好，切割一般薄紙 0.5W 就夠用，至於雕木頭 30W 絕對足夠，雕金屬就不一定了，實際測試有些一開罐瓶身印刷會把雷射反射造成無法雕的情況發生，或是必須功率全開慢速雕也雕不出來，下圖就是雷雕一般鋁罐的效果，0.5W 雕木頭也可以，雕金屬瓦數絕對不夠，往後如果雷射頭瓦數不夠再換雷射頭就好，DIY 好玩的地方，就是使用市面上買得到，不其眼的零件組裝成，與市售商品依樣功能的產品，雖然使用上沒有像品牌商品化的防呆操作，但材質、功率、速度還是需要測試與調整少不了的，雷雕機軟硬體教學就到這裡，感謝觀賞！
雷雕初號機
話說我的雷雕初號機好像都沒看到影子，只有一開始的 3D 示意圖，下面補上機體照，3D 列印零件 33 個，下圖並未是全部零件，總計列印時數為 24~28 小時，既然是初號機就來個中二配色，至於後面會不會有零號機與二號機呢？這就不知道啦！先來張 3D 列印測試零件的機體照，光測試零件插不多印了一綑線材吧！也已經不可考，再來補幾張機體特寫就當結束這篇，再花時間來拍拍 YouTube 吧😏
LASER DIY URL:https://spacex.ddns.net/laserdiy
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