雷雕機作電腦割字

有了這個雷射雕刻機，那可以拿來幹嘛？看最多就是在木頭、瓦楞紙上刻字了，不過說是刻字倒不如說是燒字，用雷射在這些材質上燒灼出痕跡，不過對我而言，其實更想要作切割的功能。

用這種可能只有100mW弱弱的雷射頭可以切割東西嗎？壓克力顯然不行，於是我找一些材質來試試看，像是珍珠板、泡綿和卡典西德。
（註：卡典西德是PVC作的，高溫燃燒會釋放氯氣！有毒）



（下圖左邊是綠色2mm泡綿，右邊則是切割過後的卡典西德）
 

2mm泡綿和卡典西德都是可用的材質，但珍珠板就沒法切割了。用了速度15，頂多把表面的顏色弄掉，露出裡面的白色部份。 本來還用了亮片紅色泡綿，可是亮片會反光，失敗。後來想，乾脆從背面來刻，還是失敗，可能是因為我用的是紅光雷射，然後泡綿又是紅色

要切割2mm綠色泡綿，用速度35，若是切割黑色卡典西德可以用到速度120，不過如果要切得很徹底的話，可以慢一點，用到100。



我用了幾分鐘，自己割了一個鄭板橋的行書貼在手機背面

 

怎麼作這件事情呢？先去 書法教學資料庫 找字體，然後把圖檔貼到inkscape轉換成向量圖，然後再轉成路徑，最後用Laserengracer的擴充功能做出Gcode。

然後就送到雷射雕刻機去雕出切痕



把不要的部份撕掉，留下要的



再用3M隱形膠帶貼在表面



整張撕起來，然後再貼到想黏貼的表面上（例如手機殼），仔細壓平後，再把隱形膠帶撕掉。那個卡典西德就可以依照原位置黏貼住了。


雷射雕刻機

數個月之前，因為常常去作雷射切割壓克力，搞得我都好想自己弄一台雷射切割機放在學校
了，有天就跟老王聊這個可能性。結果聊著聊著，兩個人就買了一些有的沒有的東西，他買了光敏印章機，我則是買了一個雷射雕刻機。

買這個東西，其實也是為了了解一些結構和電子應用，其實也就是兩組步進馬達加螺桿加滑塊，框架則是用鋁架和光碟機的殼作的。



雷射光的功率不太知道，但是用三用量表量，5V電壓下，耗電0.3A
 




我好奇內部控制是怎麼作的，所以也拆了它。



賣家有提供專用的Gcode軟體，那是在windows下執行的。剛開始玩的時候，都得改開windows來玩，實在不方便。後來自己做了CNC寫字機之後，得知很多CNC控制的硬體裡頭裝的都是grbl，於是就試試看用serial terminal跟它連線看看。結果，果然裝的是grbl。不過baud rate要用9600，因為它裝的是Grbl 0.8c

從內部儲存的設定看來，XY的精度可以到0.01mm
$0=76.190 (x, step/mm)
$1=76.190 (y, step/mm)


有了這些基本知識之後，日後可以把這些零件再進行移植，看是另外作一台大型的雷射雕刻機，或是直接用3D印表機來改裝都行喔。

作一個CNC的寫字機

先來看段影片，這麼端正的字是電腦握筆寫出來的喔，這就是CNC寫字機啊。



一般說的CNC想到的都是銑床、車床，不過CNC是電腦數值控制(Computer Numerical Control)的意思，由電腦精密控制機具移動的位置，我手邊有的CNC機器就有一些，像是eggbot畫蛋機、3D印表機、雷射雕刻機。


那要怎麼自己打造一台CNC機器呢？關鍵在於控制的大腦與產生動作的元件，大腦當然就用arduino，產生動作的則是使用步進馬達囉，而要驅動步進馬達則是用Easy drive這款驅動器。
線要怎麼連呢？grbl的官網有教喔...https://github.com/grbl/grbl/wiki/Connecting-Grbl






機器架子用的是非常廉價的東西，39元保鮮盒當底座和10元四支的麻將牌尺（我只用一支多）當Z軸支架，上頭再用M6螺絲螺母作固定。





步進馬達的來源，其實是直接拆了光碟機得來的，X軸Y軸都是像這篇這樣拆出的，Z軸則是直接用買來的步進馬達，圖的是上頭已經有滑塊，我就不用另外準備了。因為不太會有大震動，所以X軸和Y軸都是用M6螺絲固定在麻將尺和保鮮盒上，而Z軸是固定在X軸的光碟讀寫頭上。



arduino的供電，當然直接用電腦的usb就行，不過步進馬達和easy drive就要另外供電了，我量測這樣的裝置，需要5V、1A的電源，我拿ATX電源供應器改造一下就可以拿來用了。

全部裝起來就長這個樣子了，如果要再輕便使用，再弄個專門用在arduino微型激光雕刻機的擴充板裝起來放在保鮮盒裡就可以了。



硬體裝好之後，接著是處理軟體問題。

我用的韌體是Grbl。先照這邊的方法，把Grbl上傳到Arduino。因為我的作業環境是linux，所以就從 Easy Flash 這個scrip去作這個步驟。


Easy Flash script預設arduino的安裝位置是/home/$USER/arduino-1.0/，不過現在ubuntu的arduino的安裝位置換地方了，把arduino裝到/usr/share/arduino/ ，所以我就得小改一部分。改好之後，跟著上傳就行了。

上傳完其實也不知道自己有沒有成功，所以就開啟serial monitor（用arduino IDE的就行），baud rate設定115200，如果看到畫面出現下面這行，那就搞定了。

Grbl 0.9g ['$' for help]


接著就是要依據我的螺杆間距和步進馬達的轉動角度等去設定每mm要走幾步

我的步進馬達都是轉一圈20步，easydrive的微步進設定都是1/8，X軸和Y軸間距是3mm的螺杆，z軸的間距則是細一點，只有0.5mm。

接著用下面這個公式計算出每mm走幾步，然後再設定回grbl。設定方式是在terminal直接打$100=53.333 這樣的數據，就可以設定x軸的資料，y軸z軸以此類推。不過我設定z軸的時候，本來應該用320，但是後來發現怪怪的，所以改成用80。這也沒什麼關係，反正在這個寫字機的設定裡，它只是用來讓筆上下的，不準也還好。

(每轉一圈需幾步*微步數)螺距


$100=53.333 (x, step/mm)
$101=53.333 (y, step/mm)
$102=80.000 (z, step/mm)



然後就可以開始找軟體去控制機器了，我用的是跨平台用java寫成的Universal-G-Code-Sender，無論是linux環境或是windows環境都能用。

最後就是要做出G code了，最簡單的方式就是用inkscape來作，因為做出的就是向量檔。可是要再把向量圖案轉換成G Code，那就要再用外掛了，我用的是laserengraver extension （外掛來源 ）。


下載回來的外掛檔，要放到inkscape安裝目錄裡的extension資料夾，然後重新啟動inkscpe，成功的話，在擴充功能底下就會看到多出一個功能..Laserengracer。


使用的方式是在inkscape把畫好的東西轉成路徑之後，再開啟擴充功能/Laserengracer。要注意的是Preference裡的Directory不能有中文路徑，不然會轉檔失敗。

轉出的Gcode是用在雷射雕刻，而我作的是拿筆去寫，所以要把部份Gcode改掉，把雷射頭的開啟關閉改成Z軸的下降和上升，也就是把M03改成Z-0.6(打開打開雷射改成下降z軸0.6公分），M05改成Z0.5（關掉雷射改成上升z軸0.5公分)。實際上要上升多少、下降多少，得靠經驗微調。我建議是拿軟筆來寫，會比較順暢。


雖然我已經有一台光碟機改成的雷射雕刻機了，不過自己想試試看作CNC的XYZ寫字機。這對未來學習改造3DP，還有製作CNC雕刻機有重大意義。不過在那之前，會先做出XYZ的顯微鏡載物台。不過Z軸比較困難，應該會先作XY軸的。


其實便宜版的3DP也可以用這個方式製作出來，只是要有強健的框架。不過工作範圍太小了，這是由步進馬達的絲桿長度來決定的。受限於光碟機直接拆出的零件，我這寫字機，最大沒辦法超過4cm x 4 cm

這個用Arduino作的CNC機器，後來發現還可以用手機來控制，就用OTG線就行了。

拆光碟機，作點好玩的

因為一些莫名其妙的計畫，我又開始走上拆光碟機的路了。

幾年前拆過一次，可是當時年紀小，根本不知道拆來要作什麼鬼東西，反而把很多好東西拆了扔掉，這次就沒那麼傻了。

有計劃的拆組，可以讓一台光碟機至少有三樣好玩的東西

一是可程式控制的托盤進出裝置



二是雷射頭



三是含滑軌、滑塊的步進馬達組。（右邊那個是步進馬達驅動器，另外買的，不是光碟機裡的東西）



怎麼拆怎麼玩，我特別錄了幾段影片
首先是拆光碟機的方法，有技巧喔，好好拆才有好玩具可以玩


再來是控制托盤的方式，可以控制單個，也可以控制兩個





利用驅動器控制步進馬達



控制雷射頭

用手機顯微鏡看頭髮

這個怪模怪樣的，像是一堆海帶的東西是啥啊？答案是頭髮。




九年級的複習課程裡，最近也讓學生用手機顯微鏡去看以前沒看過的標本，藉此再進行複習。下課前的幾分鐘，突然看到小女生把頭髮塞進顯微鏡去看，然後還看得很高興！哇哇，真是很有創意啊。

手機顯微鏡製作課程

嘿，這個顯微鏡塔是怎麼來的啊。話說去年有跟著Scimage的設計，做了一些顯微鏡。不過後來學校用的平板電腦換了，從iPad mini長大變成了iPad air，所以本來的設計就沒辦法用了，因此得再重新製作一批啊。

剛好我教的放學後的營隊課程，我也安排了製作顯微鏡課程，於是兩個加在一起，就乾脆一起準備材料來製作吧。

底下這個塔完全是自己一個人作出來的，因為看過學生製作的東西就覺得實在不敢放手給學生幫我作啊。（如果對這類型顯微鏡有興趣的，請加入科學maker社團去登記贊助喔）



要教會近三十個學生作這個顯微鏡，是一件苦差事，大家進度一定不一樣。於是乎我又發揮了錄影教學的專長，把每一步都錄影下來，然後放上youtube，讓學生就著iPad自己去順著進度看。

從撕壓克力保護膜，到怎麼鑽孔，怎麼鎖螺絲，一步一步教，總算讓這群學生個個都能帶著自己的顯微鏡回家看了。


雖然這樣的課程不錯，不過準備的過程真是太繁瑣了，要在正式課程裡頭進行實在有困難，日後我大概也只能在這樣的放學後課程或是營隊課程進行吧。

2014設計顯微鏡

讓學生自己去設計未來顯微鏡，我覺得是很有趣的作業。至少對我而言，可以從中獲得許多點子（剽竊學生創意）

天馬行空的亂想也是一種創意喔，別覺得這些設計不可能，事實上也真的可行喔，甚至有相關應用囉。

這個設計我看到的是聲控顯微鏡，這是可以作到的，用arduino加上聲音感測器，用聲音控制移動方向和拍攝照片。



拍攝到的東西，直接連到Google搜尋，這可以利用以圖搜圖的方式去作



望遠鏡結合顯微鏡，目前的確有這種產品了。而且這學生的設計是讓顯微鏡變成手持型的，觀看的物件也是直接放在顯微鏡上，這個讓我想到雷文霍克的顯微鏡啊。




幾個重點：無線傳送影像到眼鏡、自動調焦、自動調光、無線充電、綠色能源。

有些到野外工作的科學家，的確會利用太陽能板獲取電能來提供光源。另外無線傳送影像，這個我們已經可以用airplay和miracast等wifi技術來作到了。


有了這些想法之後，最後就是讓學生能親手製作顯微鏡囉！

觀察軟木塞

我覺得喔，每次教顯微鏡時，都在跟學生說虎克看了軟木怎樣怎樣，可是終究是紙上談兵，如果能夠讓學生看到虎克看到的小格子，這樣要教什麼小格子是cell之類的知識，就真的不用怎麼講啊，學生自己能領悟的！

以前我也有讓學生用迷你顯微鏡看軟木，不過總是覺得效果不好，怪東怪西不知道怪誰，就只好怪軟木。後來四方搜尋各種軟木，果然發現一些教學訣竅


最左邊的軟木就是書店買來的軟木板掰下的一塊，左邊數來第二塊和第三塊都是軟木屑膠合成的軟木塞，最右邊則是整塊完整的軟木做成的，這種會叫做「橡木塞」。其實都可以看，不過白一點的，比較容易觀察，連切片都不用。



之前讓學生用迷你顯微鏡，自己看自己的，其實我也不知道學生到底看到了沒，不過只要用iPad加上顯微鏡，要跟學生指指點點哪個是格子，就簡單很多了。

觀察小腸

2010年弄的小腸展示罐，用到2014年了還在繼續用！不過今年我想改變一些方式，把那些小罐子內的小腸都收成一大罐，上課時再把一段段小腸拿出來放在培養皿裡給學生觀察。



泡了四年酒精的小腸，拿出來要有什麼小腸味道嗎？沒有耶，就是滿滿的酒味。（記得喔，這段小腸是內外翻轉了喔！翻轉小腸？）


老實說啊，課本上的那些圖照，學生看了就懂皺摺、絨毛嗎？我懷疑啊。

寫題目可能可以，反正多多練習就行，不過實際看了，其實還是有問題啊，這就是實物教學的重要啊。話說忘了哪家出版社送的小腸皺摺教具，真是示意到不行，完全脫離真實啊。其實就買一段小腸來上課就好了啊。

喔，對了，我今年用的時候，發現還要補一樣東西會比較好，就是小腸還沒翻過來的樣子，這樣才能看出小腸內側有皺摺啊。

要看絨毛的話，肉眼其實也看得到，不過只能透光看側面，隱約看到一咪咪。這時候當然再祭出顯微鏡啦，把培養皿放在載物台上，調一下，就看到了啊。（有沒有覺得毛茸茸的，好咕唧的樣子啊）

2014製作葉模型課程

葉子裡到底長什麼模樣？

課程裡會教「葉的構造」，我也給學生看了葉子的顯微切片，但是再怎麼看，那些也都是平面的樣貌，你說學生會真的懂裡面長的樣子嗎？坦白說，不一定喔。

要讓學生了解，且也讓老師知道學生迷思點在哪，製作模型是一個很有用的方式。

這個製作葉模型的課程，為了減少學生負擔，我強調模型的各邊邊長必須小於10公分，可以用最簡單的作法，也可以稍微繁複。簡單的方式是作個紙盒，六面畫圖就行，就像這個，繁複一點的就像過去學長姐們作的。

從模型怎麼看出迷思呢？保衛細胞就是其一，很多學生都認為包住氣孔的是一個細胞。






做了模型，然後呢？當然就是讓學生解說囉，可是每個學生都上台講的話，那時間可不得了。於是我用分組的方式，個人先在小組內報告，隨後小組派出一人負責上台介紹自己的和同組同學的作品。

報告時，使用實物投影機投影同步投影在前方螢幕和後方電視，讓大家都能清楚看到每個人的作品。




不過小可惜的是，今年沒有讓所有班級都有這項作業，因為各班的節數差異實在太大，所以我只讓某些進度來得及的班級製作。

2014維管束課程

今年的維管束課程，因為每人一台的平板和每人一台的顯微鏡都已經到位，所以就比較多實物觀察的課程了。提供的材料有四種組織切片，包括年輪切片、玉米莖切片、向日葵莖切片、葉的橫切，另外再將竹筷剪成小段黏在玻片上



另外準備一些枝條，有些是有年輪的，有些則無。這些是用來了解木材、樹皮、形成層之用。



每組4-5人，提供2-3台顯微鏡使用。其實要每人一台也是夠的，不過我故意限制設備讓大家自然形成共學。除了這款顯微鏡外，也讓學生使用uHandy來觀察。


因為可以用iPad直接拍攝顯微影像，然後共同觀察，因此溝通就變得很簡單了。我給每組觀察10-20分鐘後，各組分派任務拿著iPad上台報告。

任務是拍顯微照片，找出以下構造。（這麼多東西可以看，其實是分成兩段課程來進行，並不是一次上課就看這麼多）

• 向日葵的韌皮部、木質部、形成層
• 玉米的韌皮部、木質部
• 從年輪切片中找出木材、樹皮與形成層
• 找出竹筷的木質部
• 找出葉子的上下表皮、保衛細胞、維管束

學生報告時，我會再用實物投影機來翻拍iPad畫面。欸，不是可以用airplay嗎？是啊，我教室是有這些設備，有apple tv，筆電有iTools airplayer，另外還有 miracast棒，但是面對這種需要用手指去指示畫面的情況，還是用實物投影機翻拍比較好啊。

下圖就是前幾年上課都會被我拿出來說嘴的竹筷猴子臉，但是今年就沒再拿故事出來講了。為什麼？其實是因為自己講得越多，就會讓學生少掉更多自己觀察的時間。過去這個畫面都是分給學生小型顯微鏡，自己看自己的。而今年改成用iPad看，效果真的好很多。

上頭這些題目，如果是畫出示意圖，學生大概也都會，不過看實物啊，問題就一大堆，雖說這些還都是課本上就能找到相對應的圖照，但學生就是有困難。不懂維管束或是看不懂實體，不至於影響未來生活，但是學維管束，卻只會看示意圖，這不是很奇怪嗎？



讓學生直接用課本圖照和自己拍的顯微照片互相比對，這樣記憶才會深刻啊！



同學們針對任務去集體討論找出答案，這才是我想要看到的主動學習風貌啊。

ATX電源供應器之小改裝

常常拆電子儀器玩改裝的我，每次遇到電源就覺得很頭痛，一會要3V，一會又要5V 、12V，雖然找個變壓器拆裝一下，也是可以過關，可是久了就覺得麻煩。

後來想到一次去培英國中開會，剛好遇上他們領域會議，順便在那邊跟翁義芳老師學，怎麼把電腦的ATX電源供應器改成實驗可用的。

坦白說什麼也不用改，直接插電就可以用了，只是麻煩的是還得先啟動電源供應器，所以所謂的小改裝，不過就是把綠線和地線接個按鈕就可以了，這樣插電後，按下按鈕就可以啟動了。

至於哪條線的電壓是多少，上網查一下就知道了，可是每次都要查實在麻煩，乾脆寫在機殼上。

紅 +5V
黃 +12V
藍 -12V
菊 +3.3V
紫 +5V(連啟動都不用，直接有電）




各線能提供的電流量，機殼旁邊都有寫啦。


之後要用什麼電壓，我就在從各線頭引出來就行了。