Prototipado y diseño CNC

CAM diseño 3D

Las máquinas CNC no serían nada sin unos procesos previos necesarios para la programación de éstas. Me estoy refiriendo al prototipado y diseño CNC para establecer qué es lo que se desea conseguir con el mecanizado. Para ello, se suele usar software CAD/CAM con el que diseñar lo que se desea fabricar o modelar y luego pasarle el modelo a un código comprensible para la máquina CNC para que ésta pueda interpretar los movimientos que debe hacer.

Etapas de diseño y metrología

cortadora CNC láser

Wood Engraving Opt Lasers Blue Laser Cnc Machine

Para el diseño aplicado a las máquinas CNC se necesitan una serie de etapas y de software:

  1. Herramientas de metrología: para realizar todo el proceso de mediciones necesarias para crear un diseño apropiado. Por ejemplo, si se desea crear un engranaje para un motor, debe tener las mismas características de los dientes, diámetro, etc., para que pueda encajar y funcionar correctamente.
  2. Software CAD: el diseñador empleará estos programas para dibujar en la computadora las piezas tal como se espera que sean en la realidad, ya sea en plano 2D, 2.5D o 3D. Las diferencias entre estos tres tipos de diseños es:
    • 2D: en dos dimensiones (en plano), como puede ser un corte por CNC de una plancha metálica.
    • 2.5D: se trabaja con dos dimensiones y media, lo que indica que se puede hacer lo mismo que en 2D, pero también se podría trabajar con los espesores de capa. Por ejemplo, un grabado láser.
    • 3D: se trabaja con tres dimensiones, pudiendo crear figuras con volumen. Por ejemplo, cuando se tornea una pieza.
  3. Sosftware de simulación: en ocasiones, cuando se trata de ciertas piezas para producción en masa o críticas, se suele usar un software de simulación para asegurarse de que el resultado es el deseado:
    • Puede ser un software que lea el G-Code generado y pueda predecir posibles problemas durante el mecanizado para que sean corregidos previamente. En este caso, la simulación se haría después de la etapa 4.
    • Puede ser un software de simulación del mecanismo o del uso de las piezas para ver si funcionan bien, posibles fallas durante el funcionamiento, fiabilidad, etc. En este caso, la simulación sí se haría previamente al CAM (etapa 4).
  4. Software CAM: gracias a este tipo de programa, el usuario podrá pasar fácilmente el diseño CAD a código G-Code que es comprensible por la máquina CNC, como ocurría en el caso de las impresoras 3D. Por otro lado, algunos paquetes CAM también incluyen herramientas adicionales para calcular avances y velocidades que se producirán en la máquina CNC. Hay que destacar en este punto dos cosas:
    • CAM es el «sustituto» en CNC de un Slicer en la impresión 3D o fabricación aditiva. El Slicer se encargaba de usar el diseño CAD en 3D y lonchearlo, o dividirlo en capas, para que la máquina pudiera crearlo mediante el extrusor o exposición de la resina.
    • CAM no está orientado para fabricación aditiva en este caso, sino para fabricación sustractiva. Es decir, no se van a agregar capas, sino que a partir de una pieza o bloque inicial, se va a ir eliminando material hasta conseguir la forma final. Por ejemplo, imagina una fresadora CNC que trabaja un bloque de madera para crear un adorno para un mueble. En ese caso, a partir del bloque cuadrado de madera, la máquina usará la herramienta adecuada o fresa para ir labrando los diseños y eliminando las partes innecesarias.
  5. Software de control: es un programa integrado en la propia máquina CNC, ya que lo anterior estaba en la computadora empleada para el diseño, que se encargará de leer el archivo G-Code que se le ha pasado a la máquina y lo traducirá en señales de control de los motores de la máquina para realizar los movimientos necesarios para el mecanizado de la pieza descrita.
  6. Máquina CNC: será la encargada de procesar la pieza para que el resultado sea igual al diseño que se creó al principio. Por ejemplo, si se ha diseñado un logotipo y se desea grabar mediante láser en una plancha, entonces el cabezal del láser hará los movimientos necesarios para grabar la forma exacta.
  7. QA: en algunos casos, especialmente para la producción en masa, también se necesitará un paso adicional de control de calidad de las piezas, que puede ser automático o manual. En muchos casos se basa en seleccionar una pieza o lote al azar y realizar pruebas para ver si cumple con las expectativas, estándares, etc.

Como puedes ver, tanto las impresoras 3D como las máquinas CNC tienen un proceso similar. De hecho, una impresora 3D se puede considerar una máquina CNC para fabricación aditiva.

Software CNC libre y propietario

Como ocurría en el caso del software para las impresoras 3D, para las máquinas CNC también podrás encontrar software propietario y software libre o de código abierto, que suelen ser totalmente gratuitos. Aquí podrás conocer las categorías de software implicadas en el diseño para CNC y algunos programas recomendados.

Existen algunas apps para dispositivos móviles muy interesantes, como este Simulador CNC para Android.

Software All-in-One (Todo en uno)

En vez de tener un software CAD, otro CAM, etc., algunos paquetes de software tienen todo integrado, para que solo tengas que usar un programa. Esto tiene sus ventajas y también sus desventajas, ya que es más cómodo pero puede tener limitaciones respecto a los proyectos que existen por separado.

Easel Software

Easel

Easel es un software creado por Inventables y que es uno de los AIO más completos y recomendados para principiantes. Incluye CAD, CAM, y control en un solo paquete. Por tanto, podrás crear los diseños, convertirlos en G-Code y ejecutarlos en tu máquina CNC. Está basado en web, por lo que no se necesita instalar, pudiendo ser compatible con diversos sistemas operativos. En cuanto al precio, la suscripción cuesta 20$ al mes, o también puedes pagar la cuota anual y te ahorras 7€ cada mes.

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Carbide Create

Carbide Create

Este otro software también combina CAD, CAM y G-Code Sender, incluso tiene capacidades de simulación. No obstante, el control solo se permite con Carbide 3D CNC. Lo mejor de todo es que permite hacer diseños en 2D, 2.5D y 3D, además de soportar formatos DXF y STL. Por otro lado, es un software gratuito, y se encuentra disponible para macOS y Windows.

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Software CAD / diseño

El diseño CAD se puede hacer empleando varios tipos de programas muy conocidos, destacando especialmente:

V-Carve Pro

V-Carveo Pro

Vectric ha creado este software V-Carve Pro Desktop profesional, con biblioteca de modelos, capaz de funcionar hasta con máquinas CNC de 4 ejes, con soporte para crear modelos complejos 2D, 2.5D y 3D. Este software está disponible para macOS y Windows, y no es gratuito, por lo que tendrás que pagar la licencia para usarlo.

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Carveco Maker

Carveco Maker

Este otro software es el competidor directo del anterior. Carveco Maker también es un software CAD para CNC que permite diseño 2D y 3D. Puedes elegir entre una suscripción mensual o anual, con un mes gratis. Soporta formatos bitmap, PDF, JPEG, DWG, TIFF, DXF, y está especialmente diseñado para usar con CNC, a diferencia de otros programas CAD. En este caso, disponible para macOS y Windows.

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Freecad

FreeCAD

FreeCAD necesita pocas presentaciones, se trata de un proyecto de código abierto y totalmente gratuito para el diseño CAD en 3D. Con él podrás crear cualquier modelo, como harías en Autodesk AutoCAD, la versión de pago y de código propietario.

Es sencillo de usar, y con una interfaz intuitiva y rica en herramientas con las de trabajar. Por eso es uno de los más empleados. Se basa en OpenCASCADE y está escrito en C++ y Python, bajo licencia GNU GPL.

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Inkscape

Inkscape

Inkscape es un software gratuito y libre de dibujo vectorizado. No se trata de un software CAD, pero sí que es muy popular entre la comunidad de CNC para el modelado en 2D. Por ejemplo, para cortes por CNC, grabado de logos, etc. Soporta formatos como ODF, DXF, SK1, PDF, EPS, y Adobe PostScript, para exportar si deseas usar procesos CAM. También permite visualización de G-Code, edición de nodos, etc. Y está disponible para Linux, Windows y macOS.

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Autodesk AutoCAD

Autocad

Es una plataforma similar a FreeCAD, pero es software propietario y de pago. Sus licencias tienen un precio elevado, pero es uno de los programas más empleados a nivel profesional. Con este software podrás crear diseños CAD tanto en 2D como en 3D, agregando movilidad, numerosas texturas a los materiales, etc.

Está disponible para Microsoft Windows, y una de sus ventajas es la compatibilidad con los archivos DWF, que son uno de los más extendidos y desarrollado por la propia empresa Autodesk.

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Autodesk Fusion 360

Autodesk Fusion

Autodesk Fusion 360 tiene muchas similitudes con AutoCAD, pero se basa en una plataforma en la nube, para que puedas trabajar desde donde quieras y siempre disponer de la versión más avanzada de este software. En este caso, también tendrás que pagar suscripciones, que tampoco son baratas precisamente.

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Tinkercad

TinkerCad

TinkerCAD es otro programa de modelado 3D que se puede usar en línea, desde un navegador web, lo que abre mucho las posibilidades de usarlo desde donde necesites. Desde 2011 ha estado ganando usuarios, y se ha convertido en una plataforma muy popular entre los usuarios de las impresoras 3D (aunque también se puede usar para CNC), e incluso en centros educativos, puesto que su curva de aprendizaje es bastante más sencilla que la de Autodesk.

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Solidworks

SolidWorks

La compañía europea Dassault Systèmes, a partir de su filial SolidWorks Corp., ha desarrollado uno de los mejores y más profesionales software CAD para modelado 2D y 3D. SolidWorks puede ser una alternativa a Autodesk AutoCAD, pero está especialmente diseñado para el modelado de sistemas mecánicos. No es gratuito, ni tampoco de código abierto, y se encuentra disponible solo para Windows, pero es el que mayor cuota de mercado tiene, incluso por encima del software de Autodesk.

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Creo

PTC Creo

Por último, Creo es otro de los mejores software CAD/CAM/CAE para diseño 3D que puedes encontrar. Es un software creado por PTC y que permite diseñar multitud de productos con gran calidad, de forma rápida y con poco trabajo. Todo gracias a su interfaz intuitiva pensada para mejorar la usabilidad y la productividad. Puede desarrollar piezas para fabricación aditiva y sustractiva, así como para simulación, diseño generativo, etc. Es de pago, de código cerrado y solo para Windows.

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Software CAM (G-Code para CNC)

En cuanto al software CAM, los mejores programas que puedes encontrar para esta etapa del mecanizado de CNC son:

Mesh CAM

Mesh CAM

Mesh CAM es un software de pago creado por GRZ Software. Este ofrece una solución para pasar los formatos CAD 2D/3D de tipo DXF y STL a G-Code (incluso puede convertir una imagen JPEG en un fichero 3D mecanizable) para que pueda ser procesado por la máquina CNC. Puede ser una buena opción para principiantes, ya que ajusta los parámetros de forma automática según la calidad que hayas elegido, aunque esto deje menos grado de libertad. Por otro lado, lo tienes en dos versiones, una de pago normal y otra PRO cuya licencia cuesta el doble, pero es más completo (con 15 días gratis de prueba en ambos). En cuanto a su compatibilidad, puede funcionar en Windows y macOS.

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Inventor CAM

Inventor CAM

Inventor CAM también es otro popular software CAM creado por Autodesk. Este es capaz de simplificar el diseño para hacerlo más facilmente mecanizable. Puede trabajar con diseños para máquinas de corte, fresado, y entre 2 y 5 ejes. Incluye una enorme cantidad de funciones, y es muy profesional y popular en el sector industrial. Además, tiene algunas implementaciones para simulación, y predecir posibles problemas durante el procesamiento de la pieza. Por supuesto, está disponible para Windows y es de pago.

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Solid Edge

Solid Edge

Siemens ha desarrollado Solid Edge, otro de los programas CAD/CAM para 2D y 3D más populares en la industria. Es muy flexible, a la par que simple. Se diseñó pensando especialmente en los diseñadores de dispositivos electrónicos, aunque no solo puede crear ese tipo de modelos. Al igual que el anterior, también tiene capacidad para la simulación y hacer un completo análisis de las partes 3D y el ensamblaje. Es de pago y también se encuentra para Windows.

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CAMBAN

CAMBAM diseño CNC

CamBam es otro software CAM creado por HexRay Ltd., y muy popular entre los usuarios de máquinas CNC. Su licencia es de pago y cuenta con todas las funciones que esperas cuando trabajas con una máquina CNC. A diferencia de Mesh CAM, en este caso se necesita ajustar los parámetros manualmente, por lo que no es para principiantes. Sin embargo, es fácil de usar, con una curva de aprendizaje incluso mejor que la de Mesh CAM. Además, lo podrás descargar para macOS y Windows.

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Estlcam

Estlcam diseño CNC

Estlcam fue creado en 2014 por un grupo de ingeniería alemán. Es un programa simple, y menos caro que otros. Te permitirá trabajar en 2D y 3D, generando los códigos necesarios para la máquina CNC a partir del diseño CAD. Dada su curva de aprendizaje, puede ser perfecto para principiantes y makers que usen CNC por pasatiempo. El mayor problema es que solo está disponible para Windows.

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Openbuilds CAM

Openbuilds CAM

Openbuilds CAM es la gran esperanza para los que buscan algo compatible con Linux, Windows, macOS, etc., ya que es un software CAM basado en web. Además, incluye controladores GRBL listos para descargar e instalar para Linux, Windows y macOS. No solo no tendraś que instalarlo, sino que además es gratuito. Gracias a este completo software se puede realizar maquinado CNC usando códigos G-Code para el control de estas máquinas. Por otro lado, está apoyado por una gran comunidad, y ofrece una fantástica experiencia. El punto negativo es que necesita conexión a Internet para funcionar.

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ECAM

Aunque integra también funciones CAD, lo he incluido en el apartado CAM. Este software de origen italiano es bastante reciente, por lo que puede que no sea muy estable para usar en producción al estar en una fase de desarrollo aún temprana. Sin embargo, es interesante por su capacidad de importar diseños DXF y DWG, generar G-Code, editar CAD, simulación del paso de la herramienta CNC, personalizar el código G, con calculadora integrada, timeline, etc. Solo disponible para Windows.

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Software de simulación

Además de los programas CAM que implementan capacidad de simulación para CNC, también te recomiendo usar estos otros que son simuladores específicos:

CNCSimulator Pro

CNCSimulator Pro

Esun fantástico software de simulación con impresionantes visualizaciones en 3D. Este programa es muy popular desde 2001, ya que es potente, soporta diferentes tipos de máquinas CNC (tornos, fresadoras, corte…) y procesos (impresión 3D, corte láser…). También permite editar el G-Code, y no solo simularlo. En cuanto a su licencia, es de pago (con 30 días gratis de prueba) y disponible para Windows.

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G-Wizard Editor

G-Wizard Editor diseño CNC

Este software de simulación es gratuito por 30 días, y se puede usar tanto en macOS y Windows. Permite editar y simular el G-Code de un diseño, para poder verificar y modificar en caso de ser necesario. Este software es apropiado para principiantes dada su facilidad de uso, además de profesional, ya que lo han usado en empresas como Telsa, así como en la NASA, etc.

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CAMotics

CAMotics

Un simulador muy amigable con el usuario y totalmente gratuito. Perfecto para los makers y aficionados al DIY. Puede correr en Windows, macOS y Linux, por lo que es una solución de simulación multiplataforma. Soporta hasta 3 ejes en ambientes 3D, con funciones especiales para trabajos específicos, incluso para PCB.

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NC Viewer

NC Viewer

NC Viewer es un simulador CNC basado en web, por lo que no tendrás que instalar nada. No tiene tantas funciones como otros simuladores, pero puede ser suficiente para verificar, y visualizar los G-Codes. Como contra, tiene que tener conexión a Internet para funcionar, aunque puede hacerlo en múltiples dispositivos y sistemas operativos. Es gratuito.

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Eureka G-Code

Eureka GCode

La ventaja de este simulador es que puede trabajar con cualquier número de ejes y con todos los cambios de herramientas. Está desarrollado por la compañía italiana Roboris, y es una de las más potentes que puedes usar. Incluso permite usar un módulo para optimizar el código G mediante Inteligencia Artificial. Tiene licencia de pago, y está disponible para Windows.

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Software de control libre para CNC y propietario

En cuanto a la última etapa de software, la de control que servirá a la CNC para realizar su tarea, los programas más destacados son:

En este caso, al igual que anteriormente diferenciamos entre software CAD o CAM específico y también software todo en uno, en el control se puede hacer una diferencia similar: todo en uno, software remitente de G-Code independiente, y firmware para CNC.

CONTROL TODO EN UNO

Mach

Mach 3 y 4 diseño CNC

Mach 3 y Mach 4 son dos software de control bastante populares para Windows (con licencia de pago, con edición Hobby más barata y una cara para uso Industrial). Permiten controlar los movimientos de la máquina CNC mediante una interfaz gráfica. Además, podrás usar un add-on denominado LazyCAM para convertir DXF, BMP, JPG y HPGL a G-Code. Se puede conectar a la máquina mediante puerto paralelo, Ethernet, y también USB, pero no en tiempo real.

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LinuxCNC

LinuxCNC

LinuxCNC es un software de control desarrollado bajo licencia libre y de código abierto para la plataforma Linux. Es totalmente gratuito y permite controlar hasta 9 ejes simultáneamente, con compatibilidad para USB, aunque algo lenta, y tambié compatible con puerto Ethernet y paralelo. Los requisitos de este controlador son bajos, incluso lo podrás usar en una Raspberry Pi 4 y superiores. Por otro lado, tiene una interfaz gráfica intuitiva y tiene gran cantidad de funciones para controlar los movimientos. Se puede personalizar, y tiene una gran comunidad online.

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TurboCNC

TurboCNC

TurboCNC es un software desarrollado por Dak Engineering. Es bastante bueno y en este caso es para sistemas operativos MS-DOS. Tiene una comunidad de usuarios activa, y puede controlar hasta 8 ejes de forma simultánea. Tiene un editor de código built-in, y tiene una buena cantidad de funciones.

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HeeksCNC

HeeksCNC diseño CNC

HeeksCNC es un software de código abierto, gratuito, y especialmente diseñado para sistemas tipo Unix, como macOS y Linux, aunque también es compatible con Windows. Requiere también instalar paquetes adicionales como HeeksCAD, OpenCASCADE o OCE (OpenCASCADE Community Edition), y wxWidgets. Este software es bastante completo, incluyendo funciones para CAD, CAM y control.

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G-CODE SENDER INDEPENDIENTE

Universal G-Code Sender (UGS)

UGS

Universal Gcode Sender (UGS) es otro conocido software de control CNC gratuito y de código abierto. Se hizo muy popular por su gran cantidad de funciones y por su facilidad de uso. Es muy amigable, por lo que puede ser una buena elecciónp ara principiantes. Permite manipulación de G-Code y controlar los ejes por separado, como por ejemplo solo el Z, sin tener que controlar XY. Se incluye en un ejecutable JAR (Java), por lo que puede funcionar en Linux, MacOS, Windows, e incluso en placas SBC como la Raspberry Pi.

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OpenBuilds Control

OpenBuilds COntrol

El mismo desarrollador de OpenBuilds CNC también ha creado este software de control aconsejable para DIY. Creado por Peter Van Der Walt, fundador de LaserWeb. Te permitirá disponer herramientas para esta aplicación y funciona con Linux, macOS, y Windows. Puede controlar router CNC y máquinas CNC, trabajando con herramientas láser, plasma, chorro de abua, etc. También debes saber que es de código abierto, gratis, y con una intuitiva GUI.

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GRBL Candle

GBDR Candle

GRBL Candle es un software gratuito para el control CNC para routers basados en placas GRBL. Es muy simple, y ofrece una buena experiencia. Práctico para makers y proyectos DIY por su accesibilidad y sencillez, haciéndolo apto hasta para principiantes. No obstante, también tiene parámetros avanzados que podrás ajustar si lo quieres. Es compatible con Windows y Linux, y se apoya sobre la biblioteca Qt para el visualizador. Por desgracia, no soporta rotación de eje y tampoco compensación.

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PlanetCNC

PlanetCNC

PlanetCNC es otro excelente software para routers CNC, gratuito, y que necesitará tener un controlador con una licencia válida. Este software permite manipular G-Code, y permitir el control adecuado. Tiene una fantástica flexibilidad, compatible con formatos Gerber, DXF, NC, y PLT/HPGL. Puede transmitir por USB y es compatible con Windows, macOS, Linux, y también con la Raspberri Pi.

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UCCNC

UCCNC editor CNC

UCCNC es un visualizador en tiempo real 3D y muy poderoso controlador que soporta controladores de movimiento como el UC400ETH, UC300ETH, UC300, UC100 y AXBB-E. Trabaja bastante bien con máquinas de hasta 6 ejes, y es muy eficiente y permite ajustar bastantes parámetros. Es compatible con archivos DXF, es de pago, y compatible con Windows.

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ChiliPeppr

 

Chilipeppr

ChiliPeppr es un software de control para CNC basado en navegador web, por lo que podrás trabajar con el G-Code desde diferentes sistemas. Este programa es compatible con TinyG, Lua y GRBL, es fácil y solo necesitará instalar el driver de la máquina CNC conectada. Es gratuito, y de código abierto.

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OpenCNCPilot

OpenCNCPilot

Otro proyecto de código abierto y gratutio. OpenCNCPilto es una herramienta de control con posibilidad de trabajar con este tipo de máquinas para múltiples tareas, incluso para PCBs para el sector de la electrónica. No necesita nada más adicional para operar, es sencillo, soporta firmware GRBL, conexión TCP, y compatible con Windows.

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FIRMWARE

GRBL

GRBL

GRBL es un firmware de código abierto para controlar placas Arduino UNO (ATmega328P). Este firmware permite conexión USB y no necesita puerto paralelo como otros, por lo que es su gran ventaja. Es gratuito y fue desarrollado inicialmente para fresado CNC, aunque ahora puede usarse para otras máquinas. La limitación actual es la de controlar hasta 3 ejes y no más. Es popular en cuanto a makers y puede funcionar para máquinas Carbide 3D, BobsCNC, OpenBuilds, Spark Concepts, etc.

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Marlin

Marlin CNC

Marlin es un firmware CNC famoso y de código abierto. Pueden controlar de forma adecuada una máquina CNC (MPCnC-Mx) y puede ser compilado mediante Android IDE. Entre las características destacan que soporta Arduino Mega 2560 + Ramps v1.4 y Teensy, permite doble control en ejes X e Y para motores, doble final de carrera en XY, hasta 32 micropasos, y también permite controlar los pasos por vuelta de los husillos en el eje Z.

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