Генератор коробок с шипами для лазерной резки

Как устроена коробка

Каждая стенка рисуется полным габаритом, а в местах стыка в ней вырезаются пазы глубиной в толщину материала. Передняя и задняя стенки забирают углы себе: на их кромках всегда нечётное число сегментов, и крайние сегменты оказываются шипами. Остальные детали получают зеркальный рисунок, поэтому шип одной стенки ложится точно в паз соседней, а угловой кубик t×t×t принадлежит только передней или задней. Нечётное число шипов делает деталь симметричной, и её можно класть на стол любой стороной.

Размеры можно задать внутренние или наружные. Внутренние показывают, что поместится в коробку, наружные нужны, когда коробка должна влезть в нишу или в упаковку. Наружный размер равен внутреннему плюс две толщины по длине и ширине. По высоте добавляется две толщины у закрытой коробки и одна у открытой и у коробки с крышкой, потому что у них нет верхней плиты.

Перегородки собираются из двух семейств деталей с пазами на половину высоты: поперечные пазами вверх, продольные пазами вниз. Они вставляются свободно, с зазором 0,2 мм, и при желании приклеиваются. У коробки с накладной крышкой есть вставка, которая входит в проём стенок и не даёт крышке съехать. Отверстие под палец вырезается в обеих частях крышки.

Какую толщину и ширину шипа выбрать

Для коробок чаще всего берут фанеру 3 и 4 мм, для более крупных изделий и ящиков с нагрузкой 6 мм. МДФ удобна на тонких деталях с мелкими шипами, потому что однородна и не имеет пустот, но кромка у неё тёмная, а крошится она легче. Оргстекло 3 и 5 мм даёт гладкую блестящую кромку, зато трескается от запрессовки и от острых внутренних углов.

Толщину материала измеряйте штангенциркулем в нескольких местах листа и подставляйте среднее. Фанера «3 мм» легко оказывается 2,8 или 3,2, а ошибка в две десятых прямо превращается в зазор или в тугую посадку шипов. Если лист разнотолщинный, режьте все детали одной коробки из соседних участков.

Ширина шипа по умолчанию — три толщины: 9 мм для фанеры в 3 мм. На длинных рёбрах она растёт примерно до одной пятнадцатой длины, иначе на ребре в 600 мм вышло бы больше шестидесяти мелких шипов. Шип уже толщины материала ломается по волокну шпона, а при очень широких шипах склеенное соединение держит хуже, потому что клеевых кромок меньше. Для ящиков под нагрузку выбирайте ширину 2–3 толщины, для акрила и хрупкого МДФ 3–4 толщины.

Что такое kerf и как его измерить

Kerf — ширина реза, то есть полоска материала, которую луч испаряет. У CO2-лазера на фанере и акриле толщиной 3–6 мм она обычно составляет 0,1–0,25 мм. Деталь по траектории получается меньше нарисованной на полкерфа с каждой стороны, а отверстие и паз, наоборот, больше. Без поправки шип в 3 мм выходит 2,85 мм, паз получается 3,15, и коробка болтается.

Генератор делает поправку сам: контур каждой детали сдвигается наружу на полкерфа, а вырезы внутрь. Шипы получаются шире на kerf, пазы уже на kerf, и после реза и те и другие равны номиналу. Поэтому число нужно взять с вашего станка, а не из таблицы.

Самый быстрый способ измерить kerf: вырезать из того же материала квадрат 50×50 мм, на рабочих настройках мощности, скорости и фокуса, и измерить его штангенциркулем в четырёх местах. Разность между 50 мм и средним значением и есть ширина реза. Для проверки сделайте тестовую гребёнку: пластину с пазами шириной от толщины минус 0,2 до толщины плюс 0,2 мм с шагом 0,05 мм и зуб из того же материала. Паз, в который зуб входит с лёгким нажимом без перекоса, показывает нужную посадку. Kerf зависит от фокуса, скорости, мощности и износа трубки, поэтому измеряйте его по тем же режимам, на которых будете резать коробку. На материале толще 6 мм стенка реза слегка конусная: сверху щель шире, и kerf лучше мерить на середине толщины.

Почему коробка не собирается

Шипы не входят в пазы. Скорее всего, kerf введён больше, чем есть на самом деле, либо материал толще заданного. Уменьшите kerf на 0,05 мм и перережьте на обрезке: каждые 0,05 мм занижения дают 0,1 мм свободы в паре шип и паз.

Шипы болтаются. Здесь ровно обратное: kerf задан меньше реального, либо кромка прогорела сильнее обычного. Прибавьте 0,05 мм. Если зазор остался, его закрывает густой ПВА или столярный клей, а акрил склеивают дихлорэтаном по стыку.

Часть шипов входит, часть нет. Причина в разнотолщинном листе или в том, что материал не лежит на столе плоско. У вспухшей фанеры меняется фокус, а вместе с ним и ширина реза. Прижмите лист магнитами или штифтами, возьмите плоский лист и перепроверьте фокус на краях стола.

Углы не сходятся под 90°. Проверьте, что файл импортирован в масштабе 1:1: нарисуйте в программе линейку 100 мм и сверьте. Частая ошибка — единицы в дюймах при импорте DXF, тогда деталь отличается в 25,4 раза. Второй случай — перепутанные внутренние и наружные размеры: вложенный предмет не помещается ровно на две толщины с каждой стороны.

Стенки стоят, но крышка не садится. Налёт сажи на кромке фанеры добавляет несколько сотых миллиметра на каждую сторону, поэтому шипы перед сборкой зачищают мелкой шкуркой.

Какой станок нужен

Коробки из фанеры, МДФ и оргстекла режут на CO2-станках, волоконный лазер эти материалы не берёт. Поле 600×400 мм вмещает один комплект закрытой коробки примерно до 250×150×100 мм, а для 300×200×120 мм уже нужно поле 900×600 мм. Для небольших коробок хватает станков класса 600×400 мм, например Wattsan 6040 с трубкой 80 Вт, из компактных вариантов есть Zerder Mini 6040 с трубкой 40 Вт. Для коробок побольше и для партий подходит класс 900×600 мм: Wattsan 6090 ST или Wattsan 6090 Pro с трубкой 80 Вт. Технические характеристики моделей смотрите на сайтах производителей.

Мощность трубки выбирают по толщине. Ориентиры для берёзовой фанеры и литого оргстекла: 40 Вт режет 3–4 мм, 60 Вт справляется с 6 мм на малой скорости, 80–100 Вт стабильно режет 6–10 мм, 130 Вт и выше нужны для 12–15 мм. Чем толще материал, тем более конусным получается рез и тем осторожнее надо подходить к ширине шипа и к компенсации. Перед запуском партии вырежьте пробную коробку из обрезков: это дешевле, чем потерять лист.

Длина реза и число врезок из результата нужны для расчёта стоимости: подставьте их в калькулятор стоимости лазерной резки вместе со ставкой станка, а как открыть и проверить полученный DXF, показывает просмотрщик DXF.

Чего генератор пока не умеет

Нет сдвижной крышки-пенала, крышки на живых петлях, скруглённых и скошенных рёбер, ручек и шипов под произвольным углом. Для фрезерного станка файл не подходит: внутренние углы пазов у него остаются острыми, а фреза их скруглит, и шип не сядет в паз без «собачьих костей».