Portal Mrooczlandia





[ Kuźnia Mroku ]

Twój Własny Pirograf (wypalarka do drewna/skóry)

Dane wprowadzające:

Teczka technologiczna Kuźni Portalu Mrooczlandia, dotycząca prac mających na celu pozyskanie informacji dot. naprawy (inżynieria wsteczna) oraz rozbudowy (testy i kilka doświadczalnych konstrukcji) wypalarki do drewna.

Dane upublicznione, jak kiedyś już obiecano, w ramach wycofania danych z rejestrów technologii do potencjalnego rozwoju, dotychczasową teczkę zastąpi rozbudowa wypalarki opartej na laserze, tj. dioda laserowa podczerwieni o mocy kilku W, zamocowana w CNC dająca możliwość rozpoczęcia prac nad technologią poli-replikacji mającą stanowić nową epokę rozwoju badań nad oddziaływaniem symboli itp itd. w skrócie poniższe dane jak już obiecaliśmy, przekazujemy w ręce publiczne. Można by rzec iż dział R&D stworzył polską wersję wypalarki / termolancet ;]

Punktem końcowych poniższych badań technologicznych było ustalenie istnienia tzw. rozdzielczości drewna (rozmiar najmniejszego możliwego do wykonania punktu w pirografii, który okazał się zbyt duży (skrajna dokładność została ustalona na poziomie ok. 1mm biorąc pod uwagę średnicę najmniejszego druciku, rozprowadzanie ciepła w punkcie zwęglania struktury drewna oraz wpływu pulsu ręki na dokładność zdobienia) do zastosowania pirografu do technologii polireplikacji).

Cz. 1 - Wyniki badań / inżynieria wsteczna

Dostarczony do badań egzemplarz wypalarki pracował na zasadzie transformatora pracującego w stanie zbliżonym do zwarcia. Transformator cechowało niskie napięcie z dużym natężeniem prądu. Regulacja mocy wypalarki polegała na zmianie napięcia/natężenia prądu poprzez potencjometr. Pod pewnym względem można by uznać urządzenie za pewnego rodzaju regulowany autotransformator do pracy w stanie zbliżonym do zwarcia. Napięcie odgrywa mało ważną rolę (szybkość nagrzewania się grota), natężenie jest kluczem, powinno dla drutu żelaznego lub chrominiklu tudzież kathal średnica grotu powinna oscylować w granicach 1-2 lub 3 mm. Zbyt cienki grot ulegnie szybkiemu przepaleniu lub deformacji wskutek oporu przy zagłębianiu się w drewnie / materiale, zbyt gruby uniemożliwi dokonanie precyzyjnych wzorów. Pojemność cieplna grotu zależna od rodzaju drewna.

Cz 2 - Dane naprawcze do fabrycznych wypalarek.

Przepalony grot:
Grot powinien być z Ni-Cr / chrominiklu lub kathalu średnica około 1 mm, najprościej pozyskać go z elementów pieców grzejnych oporowych (czyt: rozebrać walce z grzałką na drut). Następnie należy dopasować rurkę mosiężną, o odpowiedniej do mocowania grota, średnicy. Lutowanie twarde - najpierw zaginamy nieco drut oporowy, po czym zaginamy w jednym końcu rurki, lutujemy najlepiej srebrem technicznym. Następnie na środku łuku (grot stanowi swoistego rodzaju kształt zbliżony do literu U - najłatwiej kształtować go na stalowym pręcie) musimy dokonać małego zwężenia - chodzi o zmniejszenie przekroju drutu, a tym samym wyznaczenie "punktu nagrzewania się" grota - najszybciej rozgrzewające się miejsce, w dużym skrócie - wraz z zmniejszeniem przekroju wzrasta natężenie prądu w danym odcinku a tym samym temperatura - czyli odpowiednio szlifujemy boki grota, dzięki czemu nie będzie niespodzianek pt. grot nagrzewa się najlepiej na skrajnym końcu.

Drut użyty do naprawy / dorobienia zamiennika grota powinien być "zdrowy" (lśniący metaliczny połysk - matowe, szare i pokryte nalotem druty są z natury przegrzane), należy zwrócić uwagę na fakt że połączenie elektryczne drutu z oprawką / rurką jest raczej zalaniem twardym lutem niż przylutowaniem z racji dużych problemów jakie sprawia chromonikiel przy lutowaniu (czyt: paskudnie słabe zwilżanie).

Kabel zasilający głowicę roboczą wypalarki (posrebrzany, na natężenia ok 10 A)
Kabel zasilający głowicę roboczą wypalarki (posrebrzany, na natężenia ok 10 A)


Okablowanie:
Najlepiej posrebrzany na prądy około 10A i napięcie ok 24V, w miarę możliwości ekranowany co pozwoli zmniejszyć stopień emitowania zakłóceń przez PWM. Kabel powinien być miękki / nie może być sztywny z racji tego iż mógłby powodować zbędne męczenie się dłoni podczas pracy.

Budowa lub naprawa oprawki / głowicy:
W miarę możliwości zaleca się stosować orginalne z osłonkami, w przypadku braku można spróbować zbudować konstrukcje z płaskowników miedzianych i elementów kostek łączeniowych, lub też zbudować rękojeść wykorzystując sproszkowaną (młotek lub młyn kulowy) cegłę szamotową oraz szkło wodne. Rękojeść lub oprawka robocza (zwana potocznie głowicą) powinna być w jak najlepszym stopniu odporna na temperaturę i co jeszcze ważniejsze, musi być jak najwygodniejsza dla dłoni. Istotne jest to aby głowica oprawki pióra pirograficznego w bardzo dobrym stopniu odprowadzała ciepło, ponieważ podczas pracy może się nadmiernie nagrzewać (grot posiada temp ok 200-400'C co przy wielogodzinnej pracy może w istotnym stopniu wpływać na komfort pracy).

Transformator do wypalarki
Transformator do wypalarki


Transformator:
Transformator w orginalnych radzieckich wypalarkach jest zazwyczaj transformatorem pracującym w stanie zwarcia. Opłacalność naprawy niska, nalezy raczej prowadzić dokumentację podczas rozbierania i przewijać. Zazwyczaj problemem są luzujące się blachy transformatora (często wyniki urazów mechanicznych np. upadek wypalarki). Można je najlepiej zalać jakimś dielektrykiem (stearyna, jakieś kleje lub spoiwa elastyczne typu butapren i inne) i dzięki temu zyskamy spadek natężenia hałasu transformatora.

Cz. 3 - Model roboczy i dane wykonawcze

Potrzebne surowce:

  • Transformator toroidalny 12 lub 24V (najlepszy byłby 24V z racji uzyskiwania większych mocy na grocie, szybsze nagrzewanie się grotu).
  • Kilka wentylatorów (chłodzenie regulatora i transformatora oraz w celu zdmuchiwania dymu znad stanowiska pracy), najlepiej dużej średnicy o niskim poziomie hałasu.
  • Regulator PWM (klasyczne konstrukcje na BUZ... 12 lub 24V)
  • regulator mocy wentylatora
  • obudowa
  • drut oporowy - kathal, chromonikielina lub też żelazny - średnica ok 1-1,5 mm (np. z spiral grzewczych pieców oporowych)
  • odrobina czasu i sił na wycieczkę po szrotowisku (elektrozłom, najlepiej z czasów PRL z uwagi na idealne właściwości ebonitu, oraz innych używanych wówczas części i surowców składowych przy znikomych kosztach oraz aspekcie ekologicznym)
  • kilka sztuk surowca do testów (deski oraz skóra, np. skórzany pasek)

Budowa termo-lancetu czyli głowicy roboczej pirografu:
Jak już wspomniano powyżej (patrz: budowa lub naprawa oprawki), poniżej widnieje także jedno z pierwszych rozwiązań użytych podczas budowy prototypu - koralki ceramiczne (żelazka i inni "dawcy części") okrywające dwa grube pręty miedzianego drutu, srebrzanki lub srebra technicznego średnicy ok 2-3 mm, idealnie jest używać ok. 3 mm i większej (do granic możliwości przewleczenia przez otwór w osłonce ceramicznej). Na obu końcach kostki połączeniowe z porcelany. Rozwiązanie proste, wręcz debilnie proste, szybkie w naprawie, "gniotsa nie łamiotsa". Dobra izolacja i małe rozmiary, dostosowując kostkę połączeniowym o odpowiednim rozstawie otworów, rozwiązanie to pozwala używać orginalnych grotów do wypalarki, naprawa praktycznie sekundowa, brak ryzyka pożaru, wymaga jedynie odpowiedniego obudowania ergonomiczną rekojeścią (zalecane użycie ebonitu, lub bawełnianego sznurka uważając by pozostawić szczeliny chłodzące). Najważniejsze jest by oprawka była niepalna / trudno palna, nie męczyła ręki oraz szybko się schładzała.

Grot do wypalarki
Grot do wypalarki


Grot do wypalarki - koraliki ceramiczne i kostka montażowa
Grot do wypalarki - koraliki ceramiczne i kostka montażowa


Grot do wypalarki - dwa płaskowniki miedziane rozdzielone tekstolitem
Grot do wypalarki - dwa płaskowniki miedziane rozdzielone tekstolitem


Grot do wypalarki - drut roboczy w uchwycie
Grot do wypalarki - drut roboczy w uchwycie


Grot do wypalarki - zapasowa końcówka do radzieckiej wypalarki, kathal zalutowany w rurce mosiężnej i oprawce
Grot do wypalarki - zapasowa końcówka do radzieckiej wypalarki, kathal zalutowany w rurce mosiężnej i oprawce


Grot do wypalarki - rękojeść bazująca na dwóch prętach miedzianych, obudowanych koralikami ceramicznymi i zakończone ceramicznymi kostkami montażowymi
Grot do wypalarki - rękojeść bazująca na dwóch prętach miedzianych, obudowanych koralikami ceramicznymi i zakończone ceramicznymi kostkami montażowymi


Grot do wypalarki - orginalna radziecka rękojeść na stojaku drutowym
Grot do wypalarki - orginalna radziecka rękojeść na stojaku drutowym


Przykład końcówki pirografu:
Dwa posrebrzane pręty, zakończenia oczkowe (wyginane szczypcami okrągłymi). Pomiędzy nimi dielektryk można umieścić tekstolit ewentualnie z otworami zmniejszającymi wagę i wspierającymi schładzanie.

Mocowanie grota:
Śrubowy, wersja rozwojowa składała się z metalowej szyny (rurka z dwoma otworami i śrubami - pozyskana z kostki łączeniowej poprzez usunięcie plastikowej lub ceramicznej osłonki) po jednej stronie (od strony zasilania) i połączenia oczkowego po stronie montażu głowicy; głowica montowana metodą skręcania drutu oporowego pomiędzy śrubę i nakrętkę, zalecane jest aby końcówka robocza była jak najdalej wysunięta od rękojeści (co wpływa na szybkość nagrzewania się rękojeści). Ważne jest aby końcówka nie była zbyt sztywna i była dobrze schładzana.

Zaciskowy - spotykany w orginalnych radzieckich wypalarkach, montaż poprzez nałożenie rurki z dospawanym/dolutowanym grotem na bolce rękojeści wypalarki

Budowa bloku regulacji - blok regulacji mocy grota wypalarki składa się z dwóch części - regulator PWM oraz tzw. "blok wytracania mocy".

Regulator PWM - może być dowolny, czy to konstrukcja oparta na 555, CMOS czy też PIC lub AVR - ważne by zapewnić odpowiednie radiatory oraz możliwość dodania wyłącznika głównego (awaryjne gaszenie wypalarki w przypadku np. zerwania grotu lub innych sytuacji, kiedy musimy rozebrać głowicę roboczą).

Blok wytracania mocy - czyli kilkanaście / dziesiąt oporników ok 1- 0,5Ohma o mocy 5W połączonych tak by utworzyły jeden wielki opornik / bocznik o mocy ok 20-50W i oporze stosownym do napięcia zasilającego (3 - 6 Ohm na 12V; wartość może być inna - chodzi głównie o dopasowanie amperażu do średnicy grota - powszechnie stosowane w prototypach... spinacze do papieru [szalenie powszechnie dostępny drut, aczkolwiek bardzo szybko ulegający zmiękczeniu i przepaleniu] wymagały ok 2-3 A do pracy - najlepiej obliczyć wielorezystorowy "grzejnik" na amperaż ok. 5A i dodać regulację dokładną opartą na dwóch potencjometrach do regulatora PWM dzięki czemu mocy nie zabraknie). W prototypie podwójna gałąź oporników 0R5 /5W x ok 5-8 szt połączonych szeregowo umieszczona została, po otuleniu izolatorem ceramicznym / tkaniną z włókna szklanego/ połączeń pomiędzy dwoma warstwami siatki metalowej; wycinamy dwa kwadraty z siatki metalowej, pomiędzy obie siatki mocujemy blok oporników łącząc równolegle dwa szeregi oporników, całość skręcamy śrubami z podkładkami dystansowymi wykonanymi z... nakrętki powiedzmy M20 lub bardziej dopasowanej, na krańcach bloku wytracania mocy mocujemy porcelanowe kostki połączeniowe na prądy ok 5-10 A. Pod blokiem umieszczamy wentylator nadmuchowy lub stosujemy sprawdzoną koncepcję "kanapki" (jedna płytka umieszczona ponad drugą przy użyciu dystansów, tworząc tym samym swoistą "pryzmę" modułów) z wentylatorem zasysającym powietrze znad radiatora regulatora PWM i kierującym owe powietrze na blok oporowy (blok wytracania mocy).

Desperaci mogą oczywiście wykorzystać w tym celu żarówkę samochodową, ważne jest tylko to aby blok odbierania mocy był w stanie odebrać potrzebną ilość mocy. Wypalarka działa w końcu na zasadzie grzejącego się najcieńszego kawałka przewodu przez który płynie znaczny prąd.

Jeśli komuś się chce, można zastosować termoparę, aczkolwiek... z racji organoleptycznej regulacji mocy wypalarki i małej pojemności cieplnej grota, termopara stanowić będzie raczej ozdobnik aniżeli ważny element konstrukcji.

Wypalarka w budowie
Wypalarka w budowie


Wskazówki dot. konstrukcji:
Duża ilość radiatorów, duże i ciche wentylatory, najlepiej wolnoobrotowe 1200 z grillem, szum przeszkadza w pracy. Zalecane zbudowanie stojaka dla wentylatora by usuwał szkodliwy dym znad powierzchni obrabianej (stojak np. zbudowany z obudowanej czymś lub pomalowanej cegły (powszechność i dostępność + masa) podklejonej od spodu mikrogumą z doczepionym (małe metalowe kątowniki) stojącym wentylatorem.

W ramach ułatwień można zastosować pewną sztuczkę związaną z leżakiem (osłoną na głowicę / końcówkę roboczą) w stanie spoczynku - a mianowicie użycie przełącznika krańcowego NC (odłożenie końcówki roboczej na stojak powoduje wskutek ciężaru końcówki... odłączenie całego obwodu poprzez przejście przełącznika z stanu włączenia na wyłączony - małe, proste ale szalenie wygodne rozwiązanie; dodatkowo plus z strony BHP - nieużywany pirograf jest zimny). W skrócie: leniwe podejście do problemu pt. jak ułatwić sobie życie i uprościć przerwę w pracy na czas ostygnięcia rękojeści głowicy i odpoczynek ręki.
Dodatkowo można zamontować włącznik przelotowy na kablu zasilającym (na czas przerwy od pracy gasimy wtedy całość bez zabaw z regulacją).

Cz. 4 - Dane pomocnicze - podpowiedzi oraz BHP

Klasyka BHP - czyli przeciwpożarowe, grot ma kilkaset stopni Celcjusza, w kontakcie z skórą - jako termolancet - nie przecina tkanki lecz ją po prostu przepala. Łopatologicznie: nie pracujesz i nie pilnujesz wypalarki = wyłącz lub odłóż na stojak (najlepiej zbliżony swą budową do stojaka na lutownicę oporową).

Usuwanie nagaru / osadu na grocie - wystarczy przegrzać lub zwilżona gąbka znana z pracy lutownicą oporową. Nagar / brązowy osad na palcach ? Dobry, miękki syntetyczny "pumeks" i mydło.

Dym powstający podczas pracy jest nazwijmy to pobieżnie "niezbyt zdrowy", zalecane jest stosowanie ustawionego z boku wolnobieżnego wentylatora dużej średnicy (ok. 12cm) z regulacją tak aby usuwał dym znad powierzchni roboczej. Wysoce zalecane jest sprawdzenie czy u operatora nie zachodzi żadna reakcja alergiczna na dym z wypalarki !

Temperatura robocza grotu - grot podczas pracy powinien być koloru ceglastego lub czerwonego, NIE może być zbyt gorący (samozapłon drewna w kontakcie z grotem = przegrzanie grotu a tym samym uplastycznienie = zbyt wysoka temperatura grota). Dobrze zbudowana konstrukcja powinna posiadać zapas mocy pozwalająca na wykonanie samooczyszczania - tzn. w przypadku stwierdzenia że spada szybkość wypalania drewna wskutek osadu na grocie w miejscu jego stykania się z drewnem, puszczamy pełną moc wypalarki na grot aby nagar (osad powstały na grocie podczas pracy i zanieczyszczający grot) odpadł wskutek wysokiej temperatury.

W przypadku pracy ciągłej idealnie do usuwania grota nadaje się książka telefoniczna - szybkie przetarcie grotem o papier książki telefonicznej powoduje zazwyczaj odpadnięcie osadu nagaru i oczyszczenie grotu bez konieczności zmieniania nastawu wypalarki.

Przenoszenie rysunku na drewno - można to zrobić dosyć prosto - albo rysując na drewnie ołówkiem wzór do wypalenia, albo wypalając poprzez nałożenie na drewno wydrukowanej kartki papieru z wzorem (przepalamy wtedy papier).

Cieniowanie i inne techniki zdobienia - aby uzyskać stopniowanie przyciemnienia drewna wystarczy po prostu nie dotykać grotem drewna tylko umieścić grot tuż ponad jego powierzchnią, a promieniowanie cieplne grota zrobi swoje (im bliżej drewna tym większe przypalenie, przy opanowaniu tej techniki można uzyskać stosunkowo szeroki zakres możliwego do wykonania cieniowania od ledwo widocznych smug po wydraźne rowkowanie).

Kształtki i matryce do wypalarki - zazwyczaj stosuje się albo odpowiednio wygięte druty albo po prostu przykłada się nagrzany "stempel" metalowy (odlew na wosk tracony z wzorca i nagrzanie "sztancy pirograficznej"). W przypadku konieczności wypalania dużych wzorów można po prostu zbudować wzornik, odlać go z materiału odpornego na temp. ok 500'C, a nastepnie po nagrzaniu wypalać od razu gotowy wzór metodą przypalania gotowym wzornikiem. Kształtki do konstrukcji wzorowanych na lutownicy oporowej są trudne do wykonania (dremel lub pilnik iglak i odrobina czasu), bardziej korzystne jest stosowanie drutu / grota wygiętego w odpowiednim kącie i wypalanie metodą "pierw krawędzie, później wnętrze" - odnosi się to do zdobień pustych w środku (zdobienia konturowe).

Ewentualnie można w matrycy wypalarki zamontować grot oporowy, aczkolwiek rozwiązanie takie stosowane jest tylko w masowej (100 i więcej sztuk w serii) pracy, praktycznie przemysłowej.

Do zastosowań amatorskich można spróbować użyć odpowiednio wyklepanej blachy (np. przy użyciu punc do cyzelowania), nagrzewanej z tyłu opalarką, i przykładanej do drewna po nagrzaniu - mniejsze koszty poszczególnej matrycy.

W przypadku konieczności wypalenia znaku pełnego (pełne wypalenie wypełnienia w środku konturu) kształtki znakomicie zaoszczędzają nam czas i dają o wiele lepszą jakość wypalonego wypełnienia.

Słoje drewna - czyli zmora pirografi. Słoje drewna powodują różnice w twardości materiału. Stąd też najlepiej jest dobierać materiał do pracy tak aby nie były one widoczne, domyślnie zalecane drewno liściaste, iglaste jest kruche, słabe i cechuje się znaczną ilością słojów.

Drewno nie powinno się kruszyć i mieć niski poziom przenikania bocznego zaczernienia (wpływa to na rozdzielczość / dokładność wypalania - zbyt miękkie drewno cechuje się tzw. rozmywaniem się "pixela" wskutek niskiej gęstości).

Po zakończeniu obróbki wypalarką przedmiot należy odłożyć w celu oddymienia się (ulotnienia się produktów zwęglania). W celu zabezpieczenia można śmiało pomalować jakimś lakierem (nieco rozrzedzony kapon lub lakiero-bejca).

Postępowanie z skórą - rysujemy ołówkiem kontury, wypalamy pilnując by nie przepalić, powlekamy powłoką ochronną (tłuszcz lub lakier).

Cz. 5 - Pirografy dostępne w handlu - pobieżne omówienie

Ogólnie na rynku dostępne są dwa główne wzory wypalarek / pirografów:

Pirografy oporowe z grotami ukształtowanymi tak aby po nagrzaniu wypalały odpowiednie wzorki. Ten rodzaj stanowi produkt dla amatorów z racji małej wydajności - długi czas nagrzewania, niska cena nie rekompensuje trudności w operowaniu przy większych powierzchniach lub skomplikowanych wzorach; dobre tylko jeśli chcesz wypalać jakieś wzorki grotem-matrycą. Dobre do prac typu pojedyńcze zdobienia, niska płynność pracy.

Pirografy transformatorowe - hybryda pomiędzy stacją lutowniczą a pirografem, zazwyczaj możliwość regulacji napięcia (szybkość nagrzewania się grota) oraz natężenia prądu (temperatura grota) grota pirografu, w lepszych modelach może występować termopara, montowana zazwyczaj obok grota. Oparte są na transformatorach toroidalnych 12 lub 24V i regulatorach. Dobre możliwości regulacji, mogą posiadać nietypowe łącza. Dobre do ciągłej pracy nad dużymi powierzchniami, płynność pracy doskonała.

Cz. 6 - Jak NIE budować wypalarki.

Nie zaleca sie stosować transformatora z lutownicy - szkoda drogiego transformatora, konieczne jest dobudowanie regulatora co z racji nietypowych napięć wyjściowych może stanowić poważny problem.

Nie zaleca się stosować lutownicy oporowej - szkoda czasu (schładzanie sie grotu podczas wypalania) jeśli już to powinna być lutownica oporowa dużej mocy niemniej zbliżone a nawet lepsze wyniki można uzyskać stosując transformatorową.

Odradzamy zabaw z użyciem materiałów nieodpornych na temperaturę lub wydzielających szkodliwe opary po podgrzaniu. Ebonit i porcelana lub inne materiały mineralne są jednymi z najbezpieczniejszych surowców do konstrukcji pracujących w podwyższonej temperaturze co najmniej kilka godzin dziennie.

Cz. 7 - Lista niezrealizowanych badań

Kolejnym krokiem ku zbudowaniu czegoś co będzie doskonałym narzędziem do pracy w pirografgii poszukiwano sposobu budowy regulatora PWM na AVR / Atmega8 z LCD 2x16 oraz kilkoma przyciskami, płytki oparte o programowy PWM i BUZ do sterowania. Niestety, z uwagi na problemy z znalezieniem "gotowca" (gotowego rozwiązania) i brak konieczności rozwoju projektu, a także wyczerpaniu środków przeznaczonych na badania, porzucono poszukiwania.

Jeśli ktoś chce i ma pojęcie jak zrealizować klawiaturę i LCD do wypalarki, niech śmiało skorzysta z zawartych tutaj danych, my tutaj zaprzestaliśmy badań kierując swą uwagę ku innym ciekawym technologiom takim jak stopy hybrydowe /tj. stop mimetyczny 38/ i technologie służące wzmacnianiu cech materiałów do produkcji nowej generacji przedmiotów o działaniu para-fizycznym. Technologia polireplikacji została uznana za obiecującą, aczkolwiek słabo nadającą się do wykonania poniższym rodzajem narzędzi (pirografia).

Ku chwale Ohma ]:-> który sprawił tyle problemów i zabił tyle mierników natężenia poległych przy próbie zmierzenia natężenia prądu zmiennego (Tesla :]) !



Powrót do Kuźni Mroku







ميترا / मित्र / Ми́тра / Mitra
Mitra Taus Melek

Misja | Polityka Prywatności | | Kontakt | Zgłoś Błąd | Pióropusz.Net | Magical-Resources.Net
Wyszukiwarka zasobów Portalu Mrooczlandia
Internationale: Российская Федерация | English language | Deutsche Sprache | China | Lingvo Internacia

Portal Mrooczlandia www.Mrooczlandia.com
Wszelkie prawa zastrzeżone ©