CNC casera impresa en 3D con Arduino

Durante mucho tiempo quise construir una CNC casera y barata, a ser posible con piezas impresas en 3D, con un Arduino como controladora.

En mi cabeza me imaginaba haciendo mil y un proyectos para todos mis hobbies: placas de circuito impreso para electrónica, piezas de madera para mis aviones de aeromodelismo, y piezas en fibra de carbono para los drones, haciendo el mecanizado de cajas para proyectos electrónicos, paneles, etc.

Tras varios años con esta idea recurrente, en el verano de 2017 decidí pasar a la acción y construir la CNC (o fresadora de control numérico) que aquí os presento.

Como hacerlo todo en un solo artículo de Blog puede ser muy largo y pesado, y pretendo llegar a cierto nivel de detalle, incluir fotos y todos los consejos que me parezcan importantes que recuerde de cuando yo la construí, voy a dividirlo en varias entradas, que iré escribiendo poco a poco (no te olvides de suscribirte al Blog para enterarte cuando las vaya publicando):

1. Visión general y opciones
2. Mecánica
3. Electrónica
4. Fresadora o Spindle (Mandril)
5. Software
6. Uso

En esta entrada, de visión general, os voy a hablar de cómo es y de las capacidades de la CNC de una forma muy genérica.

Se trata de una fresadora CNC barata de construir, con un sistema de movimiento lineal hecho con rodamientos, de los que se suelen utilizar en monopatines, que se deslizan sobre unos tubos cuadrados de aluminio o acero.

Este sistema de movimiento lineal tiene la ventaja de que es suficientemente preciso para trabajos normales que no son de precisión (si quisiera fresar una moneda de un euro en mi CNC ya te adelanto que le faltaría precisión) y es mucho más barato que los rodamientos axiales sobre varillas o las guías lineales, importante cuando se quiere conseguir una CNC barata.

Visión general y opciones

Cuando empezaba a darle vueltas a construir la fresadora CNC mi cabeza era una olla a presión, llena de dudas e interrogantes.

Hay mucha información en internet, pero, cuando no tienes ni idea, como era mi caso, puedes tenerla delante de las narices y no reconocerla.

Cosas como para qué la usaría, el tamaño efectivo de trabajo que quería conseguir, el formato general de la CNC, si usar piezas profesionales (como guías lineales) o toda construcción casera, etc. Yo tenía claro que la iba a usar para fresar madera.

Hay muchas opciones, y las voy a repasar aquí porque sería muy largo, pero puedo decir que después de mucho tiempo mirando ¡años! encontré el diseño que me gustaba.

El diseño se llamaba Root CNC, un diseño de fresadora CNC casera con planos gratis, y estaba hecho sobre la base de materiales fáciles de encontrar y baratos, piezas impresas, madera tubos de hierro… La electrónica, parecida a la de una impresora 3D: un Arduino, unos motores paso a paso y poco más…

Mecánica

El aspecto de la mecánica de la CNC es este:

La parte mecánica está hecha con tubos de aluminio o acero de 20x20mm , que se pueden comprar en Leroy Merlin o similares, rodamientos de monopatín, piezas impresas 3D en la impresora 3D (muchas piezas, ¡casi 3 Kg de filamento PETG!) y tornillos y tuercas (¡muchos tornillos y tuercas!).

Para los tubos utilicé aluminio de 1,5 mm de grosor (lo que puede encontrar en Leroy Merlin) pero flexaban en los trabajos medianamente duros, por lo que, en cuando pude, los cambié por otros de acero de 2 mm.

Faltarían esas piezas de madera que, en un primer momento, hice a mano con MDF y, cuando la máquina ya funcionaba, uno de sus primeros trabajos, fue mecanizar sus propias piezas definitivas en contrachapado fenólico que quedaron estupendamente.

Un consejo: si las haces a mano asegúrate de que todo esté bien cuadrado, al cortarlas y al hacer los agujeros (que son muchos). Si no está todo bien cuadrado y en su sitio luego los trabajos que hagas no saldrán bien. Lo ideal es que te las haga alguien con una máquina CNC. Si no, haz lo que yo, las primeras a mano, lo mejor posible, y en cuanto funcione «las buenas».

Electrónica

La electrónica para la Root CNC es también muy sencilla y barata. Es muy parecida a la electrónica de una impresora 3D. 

Se compone de un Arduino, como cerebro, unos drivers, que son los que hace que el Arduino sea capaz de controlar los motores, y unos motores paso a paso.

La potencia de los motores paso a paso y sus correspondientes drivers se deben elegir en base a lo que se pretenda hacer con la CNC. Se pueden utilizar los mismos motores, Nema 17, de las impresoras 3D (suficiente para trabajos «ligeros», grabados en maderas blandas, placas de circuito impreso, trabajo con plásticos, etc) o utilizar unos con más potencia, tipo Nema 23, si se quieren hacer cosas con maderas duras, trabajos de corte, trabajar metales como aluminio o latón, etc.

En mi caso he utilizado motores Nema 23 con unos drivers DM542A. Este conjunto tiene potencia suficiente para trabajar cualquier tipo de madera por dura que sea, plástico como el metacrilato (también llamado acrílico), metales como aluminio, y otros materiales. 

Si no se quiere instalar motores y drivers tan potentes, una buena opción es usar una placa llamada CNC Shield con drivers normales de impresora 3D como los DRV8825, esto abarata mucho el coste.

Por supuesto, faltaría fuente de alimentación y otros accesorios menores.

Este kit de Amazon, a buen precio, incluye el Arduino, la CNC Shield, los drivers DRV8825 e incluso unos finales de carrera, que pueden venir muy bien.

Estos motores Nema 17 están bastante bien. Tienen una potencia de 0.45 Nm. Cuidado de coger el modelo QD05 y no el QD06 que aparece en la misma página y que tiene mucha menos potencia.

Fresadora o Spindle

La fresadora, spindle, o motor es una de las partes importantes de la CNC.

Básicamente tenemos tres opciones principales.

1. Multiherramienta de Mano
2. Fresadora
3. Motor de alta frecuencia y variador

Multiherramienta de Mano

Se trata de la herramienta tipo Dremel o similar.

Su ventaja principal es el precio (tampoco tanto) pero no tiene mucha fuerza y hace mucho ruido. Tampoco están pensadas para funcionar mucho tiempo seguido.

En mi opinión no merece mucho la pena a no ser que lo que se quiera hacer con la CNC se limite a placas de circuito impreso, grabado ligero en madera, grabado en plásticos y cosas así.

Fresadora

Una buena fresadora es una bestia de trabajo, pero tiene un gran problema: hace un ruido infernal.

Yo empecé, por economía, con una fresadora muy parecida a la Makita RT0700C, una fresadora de 710 Watios y me funcionó muy bien, aunque terminé por no aguantar el ruido.

Motor de alta frecuencia y variador

En mi opinión, lo que habitualmente llaman spindle, el motor de alta frecuencia con variador (VFD), es lo que una CNC debería tener, lo demás son apaños.

Yo, tras dos años con la fresadora, puse un spindle de 1,5 kW refrigerado por agua y no volvería atrás. En la foto os dejo el que yo compré.

¿Qué ventajas tiene un spindle?

• No hace ruido. Cuando trabaja en vacío suena poquísimo. El ruido que se genera es realmente el que hace la fresa contra el material que se está fresando, el motor casi no suena.
• Se puede regular la velocidad, incluso por software, y eso es importante.
• Puede trabajar horas y horas sin inmutarse.
• Parece una tontería, pero no lo es en absoluto: como está refrigerado por agua no expulsa aire (como hacen las fresadoras, Dremels y demás) con lo que no sale el serrín, o las virutas del material con el que estés trabajando, disparado por todo el garaje ?
• Permite poner una enorme variedad de tipos y tamaños de fresas.

Conclusión

Construir la CNC Root 3 ha sido un proyecto muy bonito e interesante, y es increíble lo que puedes llegar a aprender.

No es difícil, es, simplemente, cuestión de ir paso a paso y con paciencia.

Si te ha gustado el artículo te agradeceré mucho si inviertes un minuto en dejar un comentario más abajo.

Un último truquillo. En ocasiones utilizo un pedal de pie, como el que puedes ver más abajo para poder poner en pausa la CNC rápidamente, cuando es necesario.