[Review]Lunyee 3018 Pro Ultra: l’ingresso perfetto nel mondo della lavorazione CNC!

Scritto da Harald Kreuzer

Circa sei anni fa ho acquistato la mia prima stampante 3D e ne sono rimasto subito affascinato. Le possibilità offerte da un dispositivo del genere sono praticamente illimitate. Da allora ho completato numerosi progetti: da pratici oggetti per la casa e pezzi di ricambio a costruzioni meccaniche più complesse.

Ma una cosa è sempre rimasta invariata: alla fine, ciò che usciva dalla macchina era di plastica. Per molte applicazioni va benissimo, spesso è persino l’ideale. Ma per lo  Zyklochron, un orologio meccanico basato su ESP32, volevo realizzare un involucro in legno.

Ecco perché ora mi sono procurato una piccola fresatrice CNC: la  Lunyee 3018 Pro Ultra (link affiliato). Fino a poco tempo fa non sapevo quasi nulla di lavorazione CNC. In questo articolo ti mostrerò la macchina, i miei primi passi e come sono riuscito a fresare con successo il mio primo pezzo.

Perché la Lunyee 3018 Pro Ultra?

Dopo aver deciso di acquistare una fresatrice CNC, ho iniziato facendo alcune ricerche sull’argomento. La scelta di fresatrici CNC è enorme e la fascia di prezzo va da circa 200 euro a molte migliaia di euro. Un amico che ha studiato ingegneria meccanica mi ha consigliato, per esempio, un modello di  Stepcraft, ma anche il modello più piccolo costa 2.000 euro.

D’altra parte, non volevo un giocattolo. Per acquisti di questo tipo, in genere seguo questo approccio: iniziare in modo semplice e fare gli upgrade in seguito. Ciò significa partire con un dispositivo conveniente e solido, per poi passare a un modello più professionale se raggiungo i suoi limiti o se l’hobby si consolida davvero nel lungo periodo. Queste considerazioni e molte ricerche mi hanno infine portato alla  Lunyee 3018 Pro Ultra.

Ciò che mi ha convinto di questa fresatrice CNC è stato soprattutto il rapporto qualità-prezzo. Con 450 euro si ottiene una fresatrice CNC compatta con telaio in metallo, un potente mandrino da 500 W e molti accessori, così da poter iniziare subito dopo il montaggio. Tra questi ci sono, ad esempio, alcune frese, morsetti, un sensore per la sonda dell’asse Z e un pannello di controllo LCD. Naturalmente, la 3018 non è paragonabile a una fresatrice industriale, ma per le mie esigenze attuali è più che sufficiente. Ecco le specifiche tecniche più importanti della Lunyee 3018 Pro Ultra:

Area di lavoro (XYZ)	300 × 180 × 80 mm
Dimensioni complessive	422 × 414 × 350 mm
Materiale del telaio	Profili in alluminio, asse Y 40x40 mm, asse X 20x40 mm
Mandrino	Mandrino da 500 W, raffreddato ad aria, 10.000 giri/min
Pinza portautensili	ER11 – compatibile con molti diametri di frese
Controller	Controller compatibile con GRBL 1.1f, controllabile tramite USB o offline
Controller offline	Piccolo pannello di controllo LCD per la fresatura senza PC
Finecorsa	Preinstallati su tutti gli assi
Sistema di movimentazione	Guida lineare HGH15 sull'asse X
Compatibilità software	GRBL, Candle, UGS, Fusion 360, Easel, OpenBuilds Control
Materiali compatibili	Legno, MDF, acrilico, plastica, metalli teneri come alluminio e rame
Alimentatore	Alimentatore da 24 V, incluso nella fornitura
Peso netto	14 kg
Caratteristiche speciali	Interruttore di arresto di emergenza, piastra Z in alluminio, sensore sonda Z, predisposizione per laser

Le dimensioni compatte della fresatrice sono, naturalmente, una benedizione e una maledizione. Nel mio laboratorio non ho molto spazio, quindi una fresatrice più grande sarebbe stata problematica. D'altra parte, l'area di lavoro limitata di 30 × 18 cm è piuttosto restrittiva in termini di dimensioni del pezzo. Tuttavia, ho accettato consapevolmente questo compromesso.

Montaggio e regolazione

La fresatrice viene fornita come kit, composto tuttavia da pochi componenti e facilmente assemblabile in circa un'ora. È sufficiente avvitare il portale con gli assi Z e X alla piattaforma con l'asse Y. Quindi si fissano i piedini in gomma sul fondo, si inserisce il mandrino, si montano l'alimentatore e il controller e infine si collegano tutti i componenti con i cavi già terminati.

A questo punto, la fresatrice è praticamente pronta per l'uso. Nel mio caso, tuttavia, ho notato che la distanza tra il mandrino (asse Z) e la piastra di base variava leggermente lungo l'asse X, quindi non era uguale ovunque. La causa era una minima tensione nel telaio. Ho quindi allentato tutte le viti, comprese quelle già premontate, e ho riallineato e serrato nuovamente l'intera fresatrice da zero. Dopodiché, l'asse era perfettamente parallelo alla superficie di lavoro.

Ecco altre immagini della fresatrice CNC:

Si consiglia vivamente di dedicare del tempo a un allineamento preciso durante il montaggio, poiché questo sforzo iniziale sarà ricompensato in seguito da risultati di fresatura puliti. Soprattutto con le fresatrici CNC, la qualità del montaggio determina spesso l'affidabilità e la precisione della macchina.

Messa in funzione e software: fresatura CNC per principianti

Per una persona come me, che ha esperienza con la stampa 3D ma non ha mai lavorato con una fresatrice CNC, dopo il montaggio sorge inevitabilmente la domanda: e adesso? Come trasferisco il mio progetto alla fresatrice? Di quale software ho bisogno? E che cos'è esattamente GRBL?

Fresatura CNC vs. stampa 3D: cosa cambia?

Nella stampa 3D, il materiale, in genere plastica, viene depositato strato dopo strato. Questo viene chiamato  processo additivo. Una fresatrice CNC, invece, lavora in modo  sottrattivo: un utensile da taglio rotante rimuove il materiale. Il pezzo da lavorare, ad esempio in legno o alluminio, esiste già e viene poi modellato.

Ciò che in teoria sembra semplice comporta in pratica alcune differenze importanti:

• Mentre nella stampa 3D l'oggetto aderisce autonomamente al piano di stampa, nella fresatura CNC il pezzo da lavorare deve essere fissato meccanicamente in modo sicuro.
• Al posto di un ugello con plastica calda, si utilizza una fresa cilindrica ad alta velocità: questo richiede particolare cautela. Indossa sempre gli occhiali protettivi!
• Anche il software è diverso: invece dei programmi di slicing, servono software CAM per calcolare il percorso utensile e, successivamente, un programma di controllo per eseguire il G-code.

Avevo già maturato una certa esperienza con la stampa 3D prima di cimentarmi nella fresatura CNC. Tuttavia, iniziare è stato  sorprendentemente impegnativo. Sgrossatura, finitura, profondità di passata, velocità di avanzamento, affondamento: tutti termini che per me erano completamente nuovi. Quale fresa cilindrica è adatta? Quanto in profondità posso fresare a ogni passata? A quale velocità può muoversi la fresa senza provocare strappi o sovraccaricare il mandrino? Come posso fissare il pezzo in sicurezza? Quale sequenza di operazioni è sensata per evitare di danneggiare qualcosa? Tutto questo influisce sul risultato della fresatura, e un errore può portare rapidamente a danneggiare il pezzo, la fresa o, nel peggiore dei casi, la macchina stessa.

In breve: con una fresatrice CNC bisogna  saperne significativamente di più prima di poter iniziare, ma è proprio questo a rendere il lavoro così stimolante e istruttivo. Ogni pezzo da lavorare è una piccola avventura.

GRBL – Il "sistema operativo" della fresatrice

Il Lunyee 3018 Pro Ultra è controllato da un piccolo microcontrollore che esegue il  firmware open source GRBL. Questo software è, per così dire, il "sistema operativo" della fresatrice. Riceve i comandi dal computer e li utilizza per controllare i motori degli assi X, Y e Z, il mandrino e i finecorsa.

I comandi consistono nel cosiddetto G-code, un linguaggio semplice basato sul testo usato per indicare alla macchina dove spostarsi e quanto in profondità fresare. Un comando G-code tipico, ad esempio, ha questo aspetto:

G1 X10 Y20 Z-1.5 F300

Questo significa: spostarsi in linea retta (G1) fino alle coordinate X = 10, Y = 20, Z = -1.5 mm a una velocità (velocità di avanzamento) di 300 mm/min. Questo tipo di G-code non viene scritto a mano: viene generato automaticamente da un disegno CAD utilizzando il cosiddetto software CAM.

Oltre a GRBL, esistono altri sistemi di controllo CNC come Estlcam, Mach3/Mach4 o UCCNC. In genere sono più potenti, supportano più assi, cambi utensile automatici o velocità di esecuzione maggiori, ma spesso sono a pagamento e talvolta notevolmente più complessi da configurare.

Quale software serve

Per far funzionare tutto insieme, servono essenzialmente tre programmi:

• Un  programma CAD in cui viene progettato il pezzo. Qui si crea la forma desiderata, generalmente come modello 3D. Personalmente uso Fusion 360 perché è gratuito per uso personale e offre una gamma di funzioni molto completa. In alternativa, mi piacerebbe provare presto FreeCAD , che è completamente open source.
• Un  programma CAM in cui si definisce come deve essere fresato il pezzo, ovvero quali frese usare, quale sia la profondità di passata appropriata, se usare passate di sgrossatura o finitura, quale velocità di avanzamento impostare, ecc. Alla fine, questo genera il cosiddetto G-code, che impartisce istruzioni passo dopo passo alla fresatrice. Prima di poterlo esportare, è necessario selezionare un post-processore: converte la strategia di fresatura nel formato corretto per il controller specifico della macchina (ad esempio, GRBL). Molti programmi, come Fusion 360 o FreeCAD, combinano CAD e CAM in un'unica interfaccia, rendendo molto più facile iniziare.
• Un  programma di controllo (o inviatore di G-code) in cui viene caricato il G-code e che comunica direttamente con la fresatrice. Con questo programma è possibile muovere manualmente gli assi, impostare il punto zero e avviare, mettere in pausa o interrompere il processo di fresatura. Personalmente ho usato Candle ; tra le alternative ci sono UGS (Universal Gcode Sender) o OpenBuilds Control.

Per illustrare il flusso di lavoro dalla progettazione al pezzo fresato finito, ho progettato un semplice pezzo per mostrare i vari passaggi con un esempio.

CAD – Progettazione del modello

Il primo passo consiste nel creare un modello 3D del pezzo. Per il mio esempio ho utilizzato Fusion 360, ma naturalmente è possibile usare qualsiasi altro programma CAD. Consiglio di posizionare fin dall'inizio la parte inferiore del pezzo sul piano XY, così non sarà necessario riorientare gli assi in seguito nella parte CAM.

Una volta completato il modello, si passa all' ambiente di lavoro Produzione in Fusion 360. Se il modello è stato creato in un altro programma CAD, deve essere esportato come file STEP e importato in Fusion 360.

CAM – Definizione della strategia di fresatura

Prima di poter fresare, è necessario creare una configurazione nell'ambiente CAM. Qui si definiscono, tra le altre cose, le dimensioni del materiale grezzo (stock) da lavorare. I valori nelle direzioni X e Y non sono così critici, poiché in seguito imposterai il punto zero, definito come posizione di partenza. L'altezza, invece, è molto importante, perché determina la quantità di materiale da rimuovere dalla parte superiore. Inoltre, si definisce anche l'orientamento del pezzo all'interno del materiale grezzo. Io posiziono i miei pezzi sul fondo del materiale grezzo. Questo offre il vantaggio che, in seguito, durante la fresatura, lo zero Z può essere impostato semplicemente sulla superficie del piano di sacrificio. Inoltre, è necessario definire l'origine del sistema di coordinate. Questi valori verranno impostati successivamente anche sulla fresatrice, in modo che il modello CAM corrisponda al pezzo reale.

Prima di iniziare con le singole operazioni di fresatura, è necessario definire gli utensili. In questo esempio utilizzo una fresa a candela a testa piana da 2 mm fornita con la Lunyee 3018 Pro Ultra. Ho misurato la fresa con un calibro e ho inserito i valori nella configurazione. Oltre alle dimensioni di base, esistono innumerevoli altri valori, come il materiale della fresa, il numero di taglienti e così via.

Per molti di questi valori, probabilmente è necessario aver studiato ingegneria meccanica per comprenderne davvero il significato. Potresti ottenere questi valori dal produttore utilizzando strumenti professionali, ma con frese economiche provenienti dalla Cina è improbabile.

Ora è possibile creare le singole operazioni di fresatura. In questo esempio ho utilizzato 2D Pocket e 2D Contour . Invece delle tasche 2D, si sarebbe potuto utilizzare anche un contorno 3D; qui probabilmente bisogna fare esperienza per capire quale strategia funzioni meglio con ciascun materiale. Con 2D Contour è inoltre possibile definire delle linguette di ritenzione, che non vengono fresate, in modo che il pezzo rimanga collegato al materiale grezzo e non si sposti in modo incontrollato alla fine, danneggiandosi.

Ciascuna di queste operazioni offre inoltre innumerevoli parametri configurabili. I più importanti sono la velocità di avanzamento in taglio , ovvero la velocità con cui si muove la fresa, e la profondità massima di passata, ovvero la quantità di materiale rimossa a ogni passata. Probabilmente i miei valori sono un po’ conservativi, poiché la Lunyee 3018 Pro Ultra, con il suo mandrino da 500 watt, potrebbe certamente lavorare più velocemente.

È possibile visualizzare in qualsiasi momento il processo di fresatura nel simulatore, per valutare se le impostazioni sembrano plausibili.

Infine, si esporta il codice G. A questo scopo viene creato un programma NC, nel quale viene selezionato anche il post-processore . Nel mio caso, scelgo GRBL. Facendo clic sul pulsante di post-elaborazione, il codice G viene scritto in un file. Il sistema verifica inoltre se il codice G può essere creato con queste impostazioni e questo post-processore.

Con questo si conclude la parte CAM. Come avrete notato, sono ancora molto incerto su molti aspetti. Da un lato, bisogna imparare molto sulla fresatura e, dall’altro, mi manca ancora l’esperienza pratica.

Controllo – Utilizzo della fresa

Infine, si esegue la fresatura vera e propria. Come accennato sopra, per questo utilizzo Candle, poiché questo programma era fornito con la fresa Lunyee. Per prima cosa, si carica nel programma il file contenente il codice G. Ora sullo schermo vengono visualizzati gli stessi identici percorsi utensile di Fusion 360

Prima di iniziare la fresatura, i punti zero devono essere impostati esattamente come definiti in Fusion 360. Per lo zero XY, la fresa viene spostata nella posizione corrispondente sopra il materiale grezzo e si fa clic sul pulsante corrispondente in Candle. Per lo zero Z si utilizza la sonda Z fornita in dotazione. Candle usa una sequenza di codici G per questa misurazione. Tuttavia, il codice predefinito produce valori molto imprecisi. Su questo sito ho trovato una descrizione molto valida di un codice migliore: https://www.dragoncut.de/tipps-und-tricks/technik/z-probe-der-gcode-fuer-das-programm. La sonda Z Lunyee ha uno spessore di 1,6 mm, quindi il codice Z è il seguente:

G21G91G38.2Z-30F100;G0Z1;G38.2Z-2F10;G92Z1.6;G0Z5F10M30

Poiché in Fusion 360 ho impostato lo zero dell’asse Z sul fondo del pezzo, la sonda Z deve essere posizionata direttamente sul piano sacrificale:

Ora può iniziare la fresatura. Per farlo, fai clic sul pulsante «Invia» in Candle e la fresa si avvia.

Circa 30 minuti dopo, la fresatura è terminata. Come si può vedere, il legno è leggermente sfilacciato, ma per il resto il risultato è molto buono. Sul lato destro si possono vedere le linguette di supporto impostate in Fusion 360. Ora queste linguette devono essere tagliate con attenzione e poi levigate. Si potrebbe anche provare a fissare il legno con del nastro biadesivo, ma non sono sicuro che terrebbe saldamente. Almeno, in questo modo si potrebbero risparmiare le linguette di supporto. L'opzione di lusso, tuttavia, sarebbe un piano aspirante, che può tenere fermo il pezzo senza ulteriori accorgimenti.

Ed ecco come appare il piccolo pezzo di legno dopo la levigatura. 

Un aspetto importante, naturalmente, è la precisione della fresa. Il pezzo quadrato dovrebbe essere largo 20 mm, il cilindro dovrebbe avere un diametro di 12 mm e l'altezza è di 9 mm.

Per le mie applicazioni, questa precisione è perfettamente sufficiente. Una deviazione di uno o due decimi di millimetro corrisponde approssimativamente anche alle specifiche sul sito web di Lunyee, dove la precisione è indicata come +/- 0.1 mm.

Conclusione

Il mio viaggio nel mondo della fresatura CNC è nato dal desiderio di superare i limiti della mia stampante 3D e di poter finalmente lavorare materiali come il legno con precisione. La Lunyee 3018 Pro Ultra si è dimostrata la scelta ideale per questo passo. Con un prezzo di circa 450 euro, offre un rapporto qualità-prezzo eccezionale. Il robusto telaio in metallo, il potente mandrino da 500 W e l'ampio set di accessori la distinguono nettamente dai semplici modelli “giocattolo” e costituiscono una solida base per seri progetti hobbistici.

Tuttavia, è anche chiaro: il percorso dall'assemblaggio al primo pezzo finito è più impegnativo rispetto alla stampa 3D. Acquisire familiarità con la catena di software CAD, CAM e di controllo, oltre che con i numerosi nuovi termini tecnici, richiede pazienza e voglia di imparare. Ma è proprio questo a rendere il processo così entusiasmante e istruttivo.

In sintesi, la Lunyee 3018 Pro Ultra è altamente consigliata a tutti i maker, hobbisti e appassionati di stampa 3D che vogliono fare il passo successivo. Non è un dispositivo professionale, ma è uno strumento fantastico e solido, che spalanca le porte a nuovi materiali e progetti. Chiunque sia disposto a impegnarsi per imparare a usarla sarà ricompensato con una macchina affidabile e sufficientemente precisa.